Xarxes òptiques quàntiques, més a prop de ser una realitat.

Els científics han acostat un pas més  les xarxes òptiques quàntiques  a la realitat. 

La capacitat de controlar de manera precisa les interaccions de la llum i la matèria a nivell  de nanoescala, podria ajudar a una xarxa d'aquest tipus a transmetre quantitats més grans de dades de manera més ràpida i segura respecte una xarxa elèctrica.

Font:knowridge

Un equip d'investigadors del Laboratori Nacional d'Argonne, del Departament d'Energia (DOE) dels EUA, la Universitat de Chicago i la Universitat del Nord-oest, han superat amb èxit  importants reptes de mesurar com les capes bidimensionals (nanoplatelets) de selenidi de cadmi, interactuen amb la llum en tres dimensions. Els avenços en aquesta àrea, podrien millorar el funcionament de les xarxes òptiques quàntiques. Per integrar nanoplatelets en, per exemple, dispositius fotònics, cal entendre com interactuen amb la llum o com emeten llum", va assenyalar Xuedan Ma, nanoscientista del Centre de Materials Nanoestèrnics (CNM), un usuari de la Facultat d'Ciències de la DOE Instal·lació a Argonne. Ma i sis coautors van publicar les seves troballes en Nano Letters en un document titulat "Fotoluminescència anisotròpica a partir de dipòls de transició òptica isotròpica en nanoplateletes de semiconductors".

El projecte finalment es dirigeix ​​ a les propietats òptiques úniques dels materials quàntics i al fet que emeten fotons individuals, va dir Gary Wiederrecht, un coautor que també lidera el grup de nanopotònica i estructures biofuncionals de la CNM. Cal ser capaç d'integrar l'emissor quàntic amb les xarxes òptiques.

Font:Newman news

Fonts com aquestes d'un sol fotó, són necessàries per a aplicacions en comunicacions quàntiques de llarg recorregut i processament d'informació. Aquestes fonts, que servirien com a operadors de senyalització en xarxes òptiques quàntiques, emeten llum com fotons individuals (partícules de llum). Els fotons individuals són ideals per a moltes aplicacions de la ciència de la informació quàntica perquè viatgen a la velocitat de la llum i perden poc temps en distàncies llargues.

Les nanoplateletes, formen partícules subatòmiques quan absorbeixen la llum anomenades excitons. La dimensió vertical dels nanoplatelets és on els excitons experimenten el confinament quàntic, un fenomen que determina els seus nivells d'energia i parcela dels electrons en nivells d'energia discrets.

Alguns dels nanoplatelets d'aquesta investigació, que presenten un gruix notablement uniforme, es van sintetitzar en el laboratori de química de la Universitat de Chicago, Dmitri Talapin. Talapin és un altre coautor del document i té una cita conjunta amb Argonne.

Les nanoplatelets tenen una capacitat d'aproximadament 1.2 nanòmetres de grossor (que abasta quatre capes d'àtoms) i entre 10 i 40 nanòmetres d'ample. Un tros de paper seria més gruixut que una pila de més de 40.000 nanoplatelets. Això dificulta mesurar les interaccions del material amb llum en tres dimensions.

Font:Newman news

Ma i els seus col·legues van aconseguir enganyar el material nanoplatelet bidimensional per revelar com interactuen amb la llum en tres dimensions a través de la preparació i anàlisi d'exemples especials disponibles a la CNM.

El moment dipolar de transició és un important paràmetre tridimensional que funciona amb semiconductors i molècules orgàniques. Es defineix, bàsicament, com la molècula o el semiconductor que interactuen amb la llum externa.

Però el component vertical del dipolar de transició és difícil de mesurar en un material tan pla com les nanoplateletes semiconductores. Els investigadors van resoldre aquesta dificultat mitjançant l'ús de les eines d'assecat en sec de la sala de nanofabricació de la CNM per tallar lleugerament els portaobjectes de vidre pla sobre els quals es col·loquen les nanoplateletes per a un examen detallat mitjançant l'escaneig làser i la microscòpia.

La rugositat no és tan gran per distorsionar un raig làser, sinó, és suficient per introduir distribucions aleatòries de les nanoplateletes. Les orientacions aleatòries dels nanoplatelets van permetre als investigadors avaluar les propietats dipolars tridimensionals del material mitjançant mètodes òptics especials per crear un feix làser en forma de donut dins d'un únic microscopi òptic a la CNM.

El següent pas de l'equip és integrar els materials de nanoplateletes amb dispositius fotònics per transmetre i processar la informació quàntica.

 Font: Departament d'Energia dels Estats Units