Para ilmuwan telah menemukan cara baru yang cerdas untuk mengendalikan cahaya yang dipancarkan oleh titik -titik kuantum – kristal kecil yang dapat melepaskan foton individu.
Kemajuan dapat menyebabkan teknologi kuantum yang lebih cepat, lebih murah, dan lebih praktis, dari sistem komunikasi yang sangat aman hingga eksperimen yang mengeksplorasi fondasi aneh fisika kuantum.
Tantangan sumber foton tunggal
Titik -titik kuantum adalah struktur semikonduktor kecil yang mampu melepaskan foton tunggal sesuai permintaan, menjadikannya kandidat yang kuat untuk komputer kuantum fotonik di masa depan. Kesulitannya adalah tidak ada dua titik kuantum yang persis sama, dan masing -masing dapat memancarkan cahaya dengan warna yang sedikit berbeda. Variasi ini mencegah para peneliti menggabungkan beberapa titik untuk membuat status multi-foton.
Untuk mengatasi hal ini, para ilmuwan biasanya mengandalkan titik kuantum tunggal dan kemudian membagi cahayanya menjadi mode spasial dan temporal yang berbeda dengan bantuan modulator elektro-optik yang cepat. Kelemahannya adalah bahwa modulator ini mahal, seringkali membutuhkan desain yang sangat disesuaikan, dan dapat tidak efisien, yang menyebabkan kehilangan energi dalam sistem.
Solusi optik yang elegan muncul
Kolaborasi penelitian yang dipimpin oleh Vikas Remesh dari kelompok fotonik di Departemen Fisika Eksperimental, University of Innsbruck, bersama dengan mitra dari University of Cambridge, Johannes Kepler University Linz, dan lembaga -lembaga lain, kini telah menunjukkan cara untuk melewati tantangan -tantangan ini. Metode mereka bergantung pada proses optik sepenuhnya yang dikenal sebagai eksitasi dua foton yang distimulasi. Teknik ini memungkinkan titik -titik kuantum memancarkan aliran foton dalam keadaan polarisasi yang berbeda tanpa perlu perangkat keras switching elektronik.
Dalam tes, para peneliti berhasil menghasilkan keadaan dua-foton berkualitas tinggi sambil mempertahankan karakteristik foton tunggal yang sangat baik.
Bagaimana teknik ini bekerja dalam praktik
“Metode ini bekerja dengan pertama-tama menarik titik kuantum dengan pulsa laser yang tepat waktu untuk membuat keadaan biexciton, diikuti oleh pulsa stimulasi yang dikendalikan polarisasi yang memicu secara deterministik foton Emisi dalam polarisasi yang diinginkan, ”jelas Yusuf Karli dan Iker Avila Arenas, penulis pertama studi ini.
“Itu adalah pengalaman yang fantastis bagi saya untuk bekerja di grup fotonik untuk tesis master saya, ingat Iker Avila Arenas, yang merupakan bagian dari kohort 2022-2024 dari program master gabungan Erasmus Mundus di bidang fotonik untuk keandalan dan keselamatan keamanan dan menghabiskan 6 bulan di Innsbruck.
Kompleksitas bergerak ke tahap optik
“Apa yang membuat pendekatan ini sangat elegan adalah bahwa kami telah memindahkan kompleksitas dari komponen elektronik yang mahal dan rugi setelah emisi foton tunggal ke tahap eksitasi optik, dan ini merupakan langkah maju yang signifikan dalam membuat sumber titik kuantum lebih praktis untuk aplikasi dunia nyata,” kata Vikas Remesh, peneliti utama studi tersebut.
Ke depan, para peneliti membayangkan memperluas teknik untuk menghasilkan foton dengan status polarisasi linier sewenang -wenang menggunakan titik kuantum yang direkayasa khusus.
Aplikasi kuantum dunia nyata
“Studi ini memiliki aplikasi langsung dalam protokol distribusi kunci kuantum yang aman, di mana beberapa aliran foton independen dapat memungkinkan komunikasi aman secara simultan dengan partai yang berbeda, dan dalam percobaan gangguan multi-foton yang sangat penting untuk menguji bahkan prinsip-prinsip dasar mekanika kuantum,” jelas Gregor Weihs, kepala kelompok penelitian fotonik di Innsbuck.
Penelitian, diterbitkan di Informasi Quantum NPJmewakili upaya kolaboratif yang melibatkan keahlian dalam optik kuantum, fisika semikonduktor, dan rekayasa fotonik.
Reference: “Passive demultiplexed two-photon state generation from a quantum dot” by Yusuf Karli, Iker Avila Arenas, Christian Schimpf, Ailton Jose Garcia Junior, Santanu Manna, Florian Kappe, René Schwarz, Gabriel Undeutsch, Maximilian Aigner, Melina Peter, Saimon F. Covre da Silva, Armando Rastelli, Gregor Weihs dan Vikas Remesh, 11 Agustus 2025, Informasi Quantum NPJ.
Doi: 10.1038/s41534-025-01083-0
Pekerjaan ini didukung oleh Dana Sains Austria (FWF), Badan Promosi Penelitian Austria (FFG), dan program penelitian Uni Eropa.
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Nasional
