Ett internationellt team som leds av Institute of Materials Science (ICMUV) vid University of Valencia har utvecklat en optisk (kvant) switch som ändrar utsläppsegenskaper för fotoner, partiklarna av elektromagnetisk strålning. Den nya enheten fungerar med extremt snabba kopplingstider och mycket låg energiförbrukning och, i jämförelse med andra mönster, den kan implementeras i en mängd olika halvledarplattformar och har stor tillämpning i nuvarande kvantteknik.

Teamet samordnas av Guillermo Muñoz Matutano, nyligen återinfört till ICMUV, har publicerat i tidningen Kommunikationsfysik , från Nature Publishing Group, designen, byggnad, experimentell mätning och simulering av denna fotonomkopplare.

Enhetens driftsprincip är baserad på teknik för nanostrukturerad halvledarkvantindeslutning, som är små strukturer av nanometrisk storlek som kan absorbera och avge ljus. De optiska egenskaperna hos dessa material, kallas kvantprickar, liknar dem för isolerade atomer och deras ljusutsläpp sker mellan foton och foton. De är mycket intressanta för utveckling av kvantteknik, eftersom isolerade fotoner eller par fotoner kan användas för att reproducera överlappande eller intrasslade förhållanden.

För närvarande, en av de vetenskapliga och tekniska utmaningarna inom detta område är inriktad på utveckling av logiska grindar och optiska kretsar som kan utföra operationer med fotoner, och på detta sätt, arbeta och ändra informationen under kvantbeskrivningen. Därför, verktyg och material som kan påverka utsläpp av fotoner individuellt är nödvändiga. Av dem alla, de som manipulerar och styr fotoner med ljus är mycket intressanta, eftersom kedjade system kan byggas eller de kan representera stora minskningar av energiförbrukningen. Detta är fallet med alla optiska enheter.

Huvudidén med arbetet kom till genom ett samarbete med forskaren Massimo Gurioli, från University of Florence och European Nonlinear Spectroscopy Laboratory. Under detta samarbete studerades processerna för ackumulering och mättnad av laddningen i kvantprickar av indiumarsenid (InA) i enlighet med ljuslaserens effekt och färg.

En av de enastående egenskaperna hos den nya enheten är att bredvid den tillfälliga växlingen, en växling av färgen på den utsända fotonen (dess våglängd) kan läggas till om två olika lasrar används. Denna kvalitet gör att vi kan tänka på enheter för multiplexering av fotoner efter våglängd (kombinerar två eller flera informationskanaler i ett överföringsmedium), så att varje färg på fotonen är associerad med en av dessa kanaler. Till sist, den fysiska principen enligt vilken enheten fungerar uppfylls av många andra nanostrukturer för kvantbegränsning, så den här nya designen representerar ett allmänt schema som kan implementeras i en mängd olika halvledarplattformar.

Forskningen som utförs av ett nätverk av universitet inkluderar Optoelectronic Materials and Devices Unit (UMDO) i ICMUV, ledd av Juan P. Martínez Pastor, Professor vid Institutionen för tillämpad fysik och elektromagnetism. Enhetens huvudmaterial tillverkades av gruppen Luca Saravalli, en forskare vid italienska CNR, medan simuleringen av dess verksamhet utfördes genom ett samarbete med Mattias Johnsson och Thomas Volz, av ARC Engineered Quantum Systems (EQUS) i Australien, där Guillermo Muñoz har arbetat som seniorforskare de senaste tre åren.