Ett internationellt team av forskare som leds ut från Macquarie University har visat en ny metod för att omvandla vanligt laserljus till äkta kvantljus.

Deras tillvägagångssätt använder nanometertjocka filmer gjorda av galliumarsenid, som är ett halvledarmaterial som ofta används i solceller. De klämmer ihop de tunna filmerna mellan två speglar för att manipulera de inkommande fotonerna.

Fotonerna interagerar med elektron-hål-par i halvledaren, bilda nya chimära partiklar som kallas polaritoner som bär egenskaper från både fotonerna och elektronhålsparen. Polaritonerna förfaller efter några pikosekunder, och fotonerna som de släpper uppvisar distinkta kvantsignaturer.

Lagens forskning publicerades över natten i tidskriften Naturmaterial .

Även om dessa kvantunderskrifter är svaga för tillfället, arbetet öppnar upp en ny väg för att producera enstaka fotoner på begäran.

"Möjligheten att producera enstaka fotoner på begäran är oerhört viktig för framtida applikationer inom kvantkommunikation och optisk kvantinformationsbehandling, "säger docent Thomas Volz från Institutionen för fysik och astronomi och seniorförfattaren på tidningen." Tänk på obrytlig kryptering, supersnabba datorer, effektivare datorchips eller till och med optiska transistorer med minimal strömförbrukning."

För närvarande skapas enfotonemitters vanligtvis genom materialteknik - där själva materialet är sammansatt på ett sådant sätt att "kvantbeteendet" är inbyggt.

Men denna standardmetod står inför allvarliga begränsningar i mindre och mindre vågor, eftersom det är extremt utmanande att producera identiska enkelfotonsändare genom ren materialteknik.

"Det betyder att vårt tillvägagångssätt kan vara mycket mer lämpligt för massiv uppskalning, när vi väl kan öka styrkan hos de kvantsignaturer vi producerar. Vi kanske kan göra identiska kvantemitterare från halvledare genom fotononanostrukturteknik, snarare än genom direkt materialteknik, "säger Dr Guillermo Munoz Matutano, även från Macquarie och huvudförfattare till tidningen.

"Även om verkliga applikationer fortfarande är en bit bort, vårt papper beskriver en viktig milstolpe som särskilt polaritonsamhället väntat på de senaste tio till femton åren. Regimen där polaritoner interagerar så starkt att de kan trycka in kvantsignaturer på fotoner har inte nåtts hittills och öppnar upp en helt ny lekplats för forskare inom området, säger Thomas.