Просмотр по

Легирование делает нанотрубки пригодными для квантовой информатики

Легирование делает нанотрубки пригодными для квантовой информатики

В оптических коммуникациях информация передается в виде лазерных импульсов, часть фотонов которых можно незаметно перехватывать. Предотвратить скрытное подключение к оптическим каналам можно, если кодировать биты информации в квантовомеханических состояниях индивидуальных фотонов. Ключом к осуществлению такой коммуникационной схемы является надежная технология генерирования одиночных фотонов.

Лазеры испускают фотоны, распределенные произвольно по времени, то есть, возможно одновременное излучение двух и более фотонов. Для истинной однофотонной генерации требуется изолированная двухуровневая квантовомеханическая система, способная испускать только один фотон за цикл возбуждения-излучения. Пригодные для квантовых коммуникаций материалы должны выдавать одиночные фотоны с длиной волны от 1300 до 1500 нм, делать это при комнатной температуре и быть совместимыми с кремниевыми технологиями микропроизводства — для интеграции с прочими электронными и оптическими сетевыми компонентами.

Ранние работы показали что углеродные нанотрубки (CNT) малопригодны в качестве такого материала поскольку они излучают фотоны только при криогенных температурах и делают это неэффективно, с сильными флуктуациями и деградацией свойств.

В свежей статье для Nature Nanotechnology исследователи из Лос-Аламосской Национальной лаборатории продемонстрировали, что при внедрении одностенных углеродных нанотрубок в слой SiO2 на подложке из кремния, одиночные атомы кислорода могут ковалентно связываться со стенкой CNT. Облучая такой легирующий атом лучом лазера можно заставить его испускать одиночные фотоны — при комнатной температуре и с небольшими флуктуациями.

С помощью высококачественного детектора фотонов команда измерила распределение по оси времени двух последовательных однофотонных эмиссий. Помимо этого, исследовалось влияние температуры на эффективность фотолюминесценции, на флуктуации и на динамику разрушения легированных состояний в одностенной углеродной нанотрубке.

Длину волны излучения, в принципе, можно довести до 1500 нм, легируя нанотрубки с меньшей шириной запрещенной зоны. В этом отношении CNT превосходят другие материалы, в которых однофотонная эмиссия возможна только на нескольких дискретных длинах волн меньше 1 микрометра.

Помимо их использования в квантовых коммуникациях, однофотонные источники на базе CNT могут сделать возможными сверхчувствительные измерения поглощения, субдифракционную визуализацию и линейные квантовые вычисления.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *