Forskare vid U.S. Naval Research Laboratory (NRL) utvecklade en ny teknik som kan möjliggöra framtida framsteg inom kvantteknologi.

Tekniken klämmer kvantprickar, små partiklar gjorda av tusentals atomer, att sända ut enstaka fotoner (enskilda ljuspartiklar) med exakt samma färg och med positioner som kan vara mindre än en miljondels meter från varandra.

"Detta genombrott kan påskynda utvecklingen av kvantinformationsteknik och hjärninspirerad datoranvändning, sa Allan Bracker, en kemist vid NRL och en av forskarna i projektet.

För att kvantprickar ska "kommunicera" (interagera), de måste avge ljus med samma våglängd. Storleken på en kvantpunkt bestämmer denna emissionsvåglängd. Dock, precis som inga snöflingor är den andra lik, inga två kvantprickar har exakt samma storlek och form – åtminstone när de skapas från början.

Denna naturliga variation gör det omöjligt för forskare att skapa kvantprickar som avger ljus med exakt samma våglängd [färg], sa NRL-fysikern Joel Grim, huvudforskaren i projektet.

"Istället för att göra kvantprickar helt identiska till att börja med, vi ändrar deras våglängd efteråt genom att krymplinda dem med laserkristalliserad hafniumoxid, sa Grim. Krympplasten klämmer ihop kvantprickarna, som ändrar deras våglängd på ett mycket kontrollerbart sätt."

Medan andra forskare har visat "inställning" av kvantprickvåglängder tidigare, det är första gången forskare har uppnått det exakt i både våglängd och position.

"Detta betyder att vi kan göra det inte bara för två eller tre, men för många kvantpunkter i en integrerad krets, som skulle kunna användas för optisk, snarare än elektriska datorer, sa Bracker.

Den breda bredden av forskarexpertis och vetenskapliga tillgångar vid NRL gjorde det möjligt för teamet att testa olika metoder för att göra detta kvantpricksgenombrott på relativt kort tid.

"NRL har interna anläggningar för kristalltillväxt, apparattillverkning, och kvantoptiska mätningar, "Detta betyder att vi omedelbart kunde samordna våra ansträngningar för att fokusera på att snabbt förbättra materialegenskaperna."

Enligt Grim och Bracker, denna milstolpe i manipuleringen av kvantprickar kan lägga grunden för framtida framsteg på ett antal områden.

"NRL:s nya metod för att ställa in kvantprickarnas våglängd kan möjliggöra ny teknik som använder kvantfysikens konstiga egenskaper för beräkning, kommunikation och känsla, ", sa Bracker. "Det kan också leda till "neuromorfisk" eller hjärninspirerad datoranvändning baserad på ett nätverk av små lasrar."

Tillämpningar där utrymme och energieffektivitet är begränsande faktorer kan också dra nytta av detta banbrytande tillvägagångssätt, sa forskare.