Ett team av forskare från University of Cambridge har gjort ett betydande genombrott i utvecklingen av effektiva intrasslade fotonkällor, som är avgörande för olika tillämpningar inom kvantteknologi. Deras resultat, publicerade i tidskriften Nature Nanotechnology, visar hur excitoniska interaktioner i ultratunna halvledare avsevärt kan förbättra effektiviteten för generering av intrasslade fotoner.
Entangled Photons:A Cornerstone of Quantum Technologies
Entangled fotoner är par av fotoner som uppvisar en unik korrelation, känd som quantum entanglement. Detta fenomen uppstår från ljusets våg-partikeldualitet och har ingen klassisk motsvarighet. Intrasslade fotoner har blivit grundläggande byggstenar för flera kvantteknologier, inklusive kvantberäkning, kvantkryptografi och kvantavkänning.
Utmaningar i entangled Photon Generation
Trots deras betydelse är det fortfarande en betydande utmaning att generera intrasslade fotoner effektivt. Konventionella metoder involverar ofta skrymmande och komplexa optiska inställningar, vilket begränsar deras praktiska tillämpningar. Halvledarkvantumbrunnar, som är tunna skikt av halvledare, har dykt upp som lovande kandidater för effektiv generering av intrasslade fotoner på grund av deras starka ljus-materia-interaktioner. Effektiviteten för generering av intrasslade fotoner i dessa system begränsas emellertid ofta av icke-strålningsrekombinationsprocesser, där energin hos de exciterade elektronerna och hålen går förlorad som värme istället för att sändas ut som fotoner.
Excitoniska interaktioner ökar effektiviteten
I sin studie utnyttjade Cambridge-forskarna excitoniska interaktioner i ultratunna halvledare för att övervinna begränsningarna hos konventionella intrasslade fotonkällor. Excitoner är kvasipartiklar som uppstår från den starka bindningen av elektroner och hål i halvledare. Genom att noggrant kontrollera tjockleken och sammansättningen av halvledarkvantbrunnarna kunde forskarna förbättra de excitoniska interaktionerna, vilket ledde till en avsevärd ökning av effektiviteten för generering av intrasslade fotoner.
Nyckelresultat och konsekvenser
Forskarna observerade en anmärkningsvärd förbättring av effektiviteten för generering av intrasslade foton med en faktor på cirka 100 jämfört med konventionella kvantbrunnsstrukturer. Denna signifikanta förbättring tillskrevs den ökade strålningsrekombinationshastigheten som underlättades av excitoniska interaktioner. Dessutom uppvisade de ultratunna kvantljuskällorna en hög grad av polarisationsintrassling, vilket gör dem lämpliga för olika tillämpningar för behandling av kvantinformation.
Resultaten har betydande implikationer för utvecklingen av praktiska kvantteknologier. De ultratunna kvantljuskällorna erbjuder en kompakt och effektiv lösning för att generera intrasslade fotoner, vilket banar väg för miniatyriserade och integrerade kvantenheter. Dessa framsteg kan ytterligare möjliggöra genombrott inom kvantberäkning, kvantkommunikation och kvantavkänning, vilket för oss närmare att förverkliga kvantteknologiernas fulla potential.
