A kutatók új kvantumfényforrást fejlesztenek ki
David L. Chandler az MIT News számára
Boston MA (SPX), 23. június 2023
Az MIT kutatói olyan új anyagok felhasználásával, amelyeket széles körben tanulmányoztak potenciális új napelemekként, kimutatták, hogy ezeknek az anyagoknak a nanorészecskéi egyetlen, azonos fotonfolyamot bocsátanak ki.
Noha a munka jelenleg ezen anyagok képességeinek alapvető felfedezése, végső soron új, optikai alapú kvantumszámítógépek, valamint lehetséges kvantumteleportációs eszközök felé nyithatja meg az utat a kutatók szerint. Az eredmények a Nature Photonics folyóiratban jelennek meg, Alexander Kaplan végzős hallgató, Moungi Bawendi kémiaprofesszor és hat másik tanulmányában az MIT-n.
A legtöbb kvantumszámítási koncepció ultrahideg atomokat vagy az egyes elektronok spinjeit használja kvantumbitekként vagy kubitként, amelyek az ilyen eszközök alapját képezik. De körülbelül két évtizeddel ezelőtt néhány kutató azt az ötletet javasolta, hogy a fizikai objektumok helyett a fényt használják alapvető qubit egységként. Más előnyök mellett ez megszüntetné a bonyolult és drága berendezések szükségességét a qubitek vezérléséhez, valamint az adatok beviteléhez és kinyeréséhez. Ehelyett közönséges tükrökre és optikai detektorokra lenne csak szükség.
„Ezekkel a kubitszerű fotonokkal – magyarázza Kaplan –, pusztán „háztartási” lineáris optikával kvantumszámítógépet építhet, feltéve, hogy megfelelően előkészített fotonokkal rendelkezik.
A fotonok előkészítése a kulcs. Minden fotonnak pontosan meg kell felelnie az előző fotonjának kvantumjellemzőinek, és így tovább. Amint ez a tökéletes illeszkedés megvalósul, „az igazán nagy paradigmaváltás a nagyon divatos optikák, a nagyon divatos berendezések iránti igényről az egyszerű berendezésekre változik. Aminek különlegesnek kell lennie, az maga a fény.”
Aztán Bawendi elmagyarázza, hogy felveszik ezeket az egyetlen fotonokat, amelyek azonosak és megkülönböztethetetlenek egymástól, és kölcsönhatásba lépnek velük. Ez a megkülönböztethetetlenség kulcsfontosságú: Ha két fotonunk van, és „minden ugyanaz rajtuk, és nem mondhatja az egyes számú és a kettes számot, akkor nem tudja így nyomon követni őket. Ez az, ami lehetővé teszi számukra, hogy bizonyos, nem klasszikus módokon kommunikáljanak egymással.”
Kaplan azt mondja, hogy „ha azt akarjuk, hogy a foton rendelkezzen ezzel a nagyon specifikus tulajdonsággal, vagyis nagyon jól meghatározott energiával, polarizációval, térbeli móddal, idővel, minden olyan dologgal, amit kvantummechanikailag kódolhatunk, akkor a forrásnak nagyon jól kell lennie. jól definiált kvantummechanikailag is.”
A forrás, amelyet végül használtak, az ólom-halogenit perovszkit nanorészecskék egyik formája. Az ólom-halogenid perovszkit vékony filmjeit széles körben keresik, mint potenciális új generációs fotovoltaikus elemeket, többek között azért, mert sokkal könnyebbek és könnyebben feldolgozhatók, mint a mai szabványos szilícium alapú fotovoltaik.
Nanorészecskék formájában az ólom-halogenid perovszkitek vakítóan gyors kriogén sugárzási sebességükről nevezetesek, ami megkülönbözteti őket más kolloid félvezető nanorészecskéktől. Minél gyorsabb a fénykibocsátás, annál valószínűbb, hogy a kimenetnek jól meghatározott hullámfüggvénye lesz. A gyors sugárzási sebesség így egyedülállóan pozícionálja az ólom-halogenid perovszkit nanorészecskéket kvantumfény kibocsátására.
Annak tesztelésére, hogy az általuk generált fotonoknak valóban megvan-e ez a megkülönböztethetetlen tulajdonsága, egy szabványos teszt a két foton közötti interferencia egy bizonyos fajtájának kimutatása, az úgynevezett Hong-Ou-Mandel interferencia. Ez a jelenség számos kvantumalapú technológia központi eleme, mondja Kaplan, ezért jelenlétének kimutatása „a fémjelzi annak megerősítését, hogy a fotonforrás felhasználható ilyen célokra”.
Nagyon kevés anyag képes olyan fényt kibocsátani, amely megfelel ennek a tesztnek, mondja. – Nagyjából egyrészt felsorolhatók. Míg az új forrásuk még nem tökéletes, csak az idő felében okoz HOM-interferenciát, a többi forrásnak jelentős problémái vannak a skálázhatósággal. „Az ok, amiért más források koherensek, az az, hogy a legtisztább anyagokból készülnek, és egyenként, atomról atomra készülnek. Tehát nagyon rossz a méretezhetőség és nagyon rossz a reprodukálhatóság” – mondja Kaplan.
Ezzel szemben a perovszkit nanorészecskéket oldatban készítik, és egyszerűen egy hordozóanyagra helyezik fel. „Alapvetően csak egy felületre forgatjuk őket, ebben az esetben csak egy normál üvegfelületre” – mondja Kaplan. "És azt látjuk, hogy olyan viselkedésen mennek keresztül, amely korábban csak a legszigorúbb felkészülési feltételek mellett volt megfigyelhető."
Tehát, bár ezek az anyagok még nem tökéletesek, „Nagyon méretezhetőek, rengeteget készíthetünk belőlük. és jelenleg nagyon nem optimalizáltak. Integrálhatjuk őket eszközökbe, és tovább fejleszthetjük őket” – mondja Kaplan.
Ebben a szakaszban azt mondja, hogy ez a munka „nagyon érdekes alapvető felfedezés”, amely bemutatja ezen anyagok képességeit. "A munka fontossága abban rejlik, hogy remélhetőleg arra ösztönözheti az embereket, hogy megvizsgálják, hogyan lehetne továbbfejleszteni ezeket a különféle eszközarchitektúrákban."
Bawendi hozzáteszi, hogy azáltal, hogy ezeket az emittereket optikai üregeknek nevezett fényvisszaverő rendszerekbe integráljuk, ahogy azt más forrásoknál már megtettük, „teljesen biztosak vagyunk abban, hogy ha optikai üregbe integráljuk őket, tulajdonságaik a versenytársak szintjére emelkednek. ”
A kutatócsoportban Chantalle Krajewska, Andrew Proppe, Weiwei Sun, Tara Sverko, David Berkinsky és Hendrik Utzat szerepelt. A munkát az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma és a Kanadai Természettudományi és Műszaki Kutatási Tanács támogatta.
Kutatási jelentés:„Hong-Ou-Mandel interferencia kolloid CsPbBr3 perovskit nanokristályokban”
Kapcsolódó linkek
MIT Kémiai Tanszék
Minden a napenergiáról a SolarDaily.com oldalon
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://www.solardaily.com/reports/Researchers_develop_a_new_source_of_quantum_light_999.html