Ultrasäker onlinekommunikation, helt otydlig om den avlyssnas, är ett steg närmare med hjälp av en nyligen publicerad upptäckt av fysikern Ben Alemán vid University of Oregon.

Alemán, en medlem av UO:s Center for Optical, Molekyl, och kvantvetenskap, har gjort konstgjorda atomer som fungerar i omgivningsförhållanden. Forskningen, publiceras i tidskriften Nanobokstäver , kan vara ett stort steg i ansträngningarna att utveckla säkra kvantkommunikationsnätverk och helt optiska kvantdatorer.

"Det stora genombrottet är att vi har upptäckt en enkel, skalbart sätt att nanotillverka konstgjorda atomer på ett mikrochip, och att de konstgjorda atomerna arbetar i luft och vid rumstemperatur, sa Alemán, även ledamot av UO:s materialvetenskapliga institut.

"Våra artificiella atomer kommer att möjliggöra massor av nya och kraftfulla teknologier, " sa han. "I framtiden, de skulle kunna användas för säkrare, mer säker, helt privat kommunikation, och mycket kraftfullare datorer som kan designa livräddande läkemedel och hjälpa forskare att få en djupare förståelse av universum genom kvantberäkning."

Joshua Ziegler, en doktorandforskare i Alemáns labb, och kollegor borrade hål – 500 nanometer breda och fyra nanometer djupa – i ett tunt tvådimensionellt ark av hexagonal bornitrid, som också är känd som vit grafen på grund av sin vita färg och atomtjocklek.

För att borra hålen, teamet använde en process som liknar högtryckstvätt, men istället för en vattenstråle använder man en fokuserad stråle av joner för att etsa in cirklar i den vita grafenen. De värmde sedan upp materialet i syre vid höga temperaturer för att avlägsna rester.

Med hjälp av optisk konfokalmikroskopi, Ziegler observerade därefter små ljusfläckar som kom från de borrade områdena. Efter att ha analyserat ljuset med fotonräkningstekniker, han upptäckte att de individuella ljusa fläckarna utsände ljus på lägsta möjliga nivå – en enskild foton åt gången.

Dessa mönstrade ljusa fläckar är konstgjorda atomer och de har många av samma egenskaper som verkliga atomer, som en enda foton emission.

Med projektets framgång, Alemán sa, UO ligger nu före flocken i ansträngningarna att utveckla sådana material inom kvantforskningen. Och det sätter ett leende på Alemáns läppar.

När han gick med i UO 2013, han hade planerat att driva idén att konstgjorda atomer kunde skapas i vit grafen. Dock, innan Alemán kunde sätta igång sin egen forskning, ett annat universitetsteam identifierade konstgjorda atomer i flingor av vit grafen.

Alemán försökte sedan bygga vidare på den upptäckten. Att tillverka de konstgjorda atomerna är det första steget mot att utnyttja dem som källor för enskilda ljuspartiklar i kvantfotoniska kretsar, han sa.

"Vårt arbete ger en källa för enskilda fotoner som kan fungera som bärare av kvantinformation eller som qubits. Vi har mönstrat dessa källor, skapa så många vi vill, där vi vill, ", sa Alemán. "Vi skulle vilja mönstra dessa enstaka fotonemitters till kretsar eller nätverk på ett mikrochip så att de kan prata med varandra, eller till andra befintliga qubits, som solid-state spins eller supraledande krets qubits."