Forskare har visat den första kvantljusemitterande dioden (LED) som avger enstaka fotoner och intrasslade fotonpar med en våglängd på cirka 1550 nm, som ligger inom standardfönstret för telekommunikation. En enfotonkälla som arbetar vid denna våglängd förväntas fungera som en nyckelkomponent i framtida kvantnät, kvantkommunikationssystem på långa avstånd, kvantkrypteringsenheter, och andra applikationer.

Forskarna, Tina Müller et al., på Toshiba Research Europe Limited, universitetet i Sheffield, och University of Cambridge, har publicerat ett papper om den nya kvantljuskällan i ett nyligen utgåva av Naturkommunikation .

"För första gången, kvantanordningar kan uppfylla de grundläggande kraven för toppmodern kvantnyckeldistribution och kvantkommunikationssystem, "Berättade Müller Phys.org .

Möjligheten att avge enstaka fotoner och intrasslade fotonpar i telekomfönstret har länge varit ett mål inom kvanteoptiken. Även om det finns en mängd olika ljuskällor som kan avge enstaka och intrasslade fotoner (från enskilda atomer till färgcentra i diamant), tills nu har de i stort sett begränsats till kortare våglängder som är olämpliga för kvantnätstillämpningar.

I den nya studien, forskarna tillverkade ljusemitterande quantum dot-enheter baserade på indiumfosfid, ett material som för närvarande används i kvantpunktslasrar för att generera laserljus med en våglängd på 1550 nm. För att detta material ska kunna avge enstaka fotoner och intrasslade fotonpar vid denna våglängd, forskarna använde en tillväxtmetod som kallas metallorganisk ångfas -epitaxy för att odla individuella indiumfosfidkvantdroppar, "som utgör grunden för kvant -lysdioderna.

En annan fördel med de nya kvant -lysdioderna är att de kan fungera vid temperaturer upp till 93 K, vilket är betydligt högre än arbetstemperaturerna för andra kvantljuskällor. En högre driftstemperatur möjliggör enklare integration med befintliga enheter, och forskarna räknar med att arbetstemperaturen för de nya enheterna kan förbättras ytterligare med några ändringar.

Går framåt, forskarna räknar med att de nya kvant -lysdioderna kommer att ha en betydande inverkan på utvecklingen av kvantnätteknik, inklusive kvante -internet. Till exempel, enheterna kan integreras med kvantreläer och repeaters för att utöka sortimentet av kvantnätverk. Forskarna förväntar sig också att kvantljuskällorna kan fungera i pulserande läge när de är integrerade med radiofrekvenselektronik. Deras nästa steg blir att göra förbättringar för att förverkliga dessa applikationer.

"Vi kommer att optimera prestandan och storleken på våra enheter ytterligare för att underlätta integration i kvantkommunikationssystem över långa avstånd, "Sa Müller.

© 2018 Phys.org