Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Første kvantefotoniske krets med elektrisk drevet lyskilde

Anonim

Enten for bruk i sikker datakryptering, ultrafast beregning av store datamengder eller såkalt kvantsimulering av svært komplekse systemer: Optiske kvante datamaskiner er en kilde til håp for morgendagens datateknologi. For første gang har forskere nå lykkes i å plassere en komplett kvanteoptisk struktur på en brikke, som beskrevet i Nature Photonics journal. Dette oppfyller en betingelse for bruk av fotoniske kretser i optiske kvante datamaskiner.

annonse


"Eksperimenter som har undersøkt bruken av optisk kvante teknologi så langt har ofte hevdet hele laboratorieplasser, " forklarer professor Ralph Krupke fra KIT. "Men hvis denne teknologien skal brukes hensiktsmessig, må den bli innkvartert på et minimum av plass." Deltakere i studien var forskere fra Tyskland, Polen og Russland under ledelse av professorene Wolfram Pernice fra Westphalian Wilhelm University of Münster (WWU) og Ralph Krupke, Manfred Kappes, og Carsten Rockstuhl fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

Lyskilden for kvantefotonisk krets som forskerne brukte for første gang var spesielle nanorør av karbon. De har en diameter på 100.000 ganger mindre enn et menneskehår, og de avgir singellyspartikler når de er begeistret av laserlys. Lyspartikler (fotoner) benevnes også som lyskvanta. Dermed er begrepet "kvantefotonikk".

At karbonrør utgir enkeltfotoner gjør dem attraktive som ultrakompakte lyskilder for optiske kvante datamaskiner. "Det er imidlertid ikke lett å ta imot laserteknologien på en skalerbar chip, " innrømmer fysikeren Wolfram Pernice. Skalabiliteten til et system, det vil si muligheten til miniatyrisering av komponenter for å kunne øke nummeret, er en forutsetning for at teknologien skal brukes i kraftige datamaskiner opp til en optisk kvantecomputer.

Som alle elementer på brikken som nå utvikles, utløses elektrisk, er det ikke nødvendig med noen ekstra lasersystemer, noe som er en markert forenkling over den optiske spenningen som normalt brukes. "Utviklingen av en skalerbar chip som en enkeltfoto-kilde, detektor og bølgeleder kombineres, er et viktig skritt for forskning, " understreker Ralph Krupke, som driver forskning ved KIT Institute for Nanotechnology og Institute of Materials Science of Darmstadt Technical University. "Som vi var i stand til å vise at enkeltfotoner kan utledes også ved elektrisk eksitering av karbonnanorørene, har vi overvinnet en begrensende faktor så langt som hindrer potensiell anvendelighet."

Om metodikken: Forskerne studerte om strømmen av elektrisitet gjennom karbon nanorør forårsaket enkeltlyskvanta som skal sendes ut. Til dette formål brukte de karbonnanorør som single-photon kilder, superledende nanotråder som detektorer og nanophotoniske bølgeledere. En enkeltfotonkilde og to detektorer var hver sammenkoblet med en bølgeleder. Strukturen ble avkjølt med flytende helium for å tillate enkeltlyskvanta å telle. Sjetongene ble produsert i en elektronstråle-skribenter.

Forskernes arbeid er grunnleggende forskning. Det er ennå ikke klart om og når det vil føre til praktiske applikasjoner. Wolfram Pernice og den første forfatteren Svetlana Khasminskaya ble støttet av Deutsche Forschungsgemeinschaft og Helmholtz-Gemeinschaft, Ralph Krupke ble finansiert av Volkswagen Foundation.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Karlsruhe Institute of Technology . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Svetlana Khasminskaya, Felix Pyatkov, Karolina Słowik, Simone Ferrari, Oliver Kahl, Vadim Kovalyuk, Patrik Rath, Andreas Vetter, Frank Hennrich, Manfred M. Kappes, G. Goltsman, A. Korneev, Carsten Rockstuhl, Ralph Krupke, Wolfram HP Pernice. Fullt integrert kvantefotonisk krets med en elektrisk drevet lyskilde . Nature Photonics, 2016; DOI: 10, 1038 / nphoton.2016.178