나노 기술

연구원들은 새로운 양자 광원을 개발합니다.

타임 스탬프: 25년 2023월 XNUMX일 8 : 26 AM
소스 노드: 2566303

플라톤에 의해 재발행

연구원들은 새로운 양자 광원을 개발합니다.

MIT News의 David L. Chandler 작성

Boston MA (SPX) 23년 2023월 XNUMX일

잠재적인 새로운 태양 광전지로 널리 연구된 새로운 재료를 사용하여 MIT의 연구원들은 이러한 재료의 나노 입자가 단일의 동일한 광자 스트림을 방출할 수 있음을 보여주었습니다.

이 작업은 현재 이러한 재료의 기능에 대한 근본적인 발견이지만 궁극적으로 새로운 광학 기반 양자 컴퓨터와 통신을 위한 가능한 양자 순간이동 장치를 위한 길을 열 수 있다고 연구원들은 말합니다. 그 결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 저널, 대학원생 알렉산더 카플란(Alexander Kaplan), 화학 교수 Moungi Bawendi 및 MIT의 다른 XNUMX명의 논문에 실렸습니다.

양자 컴퓨팅에 대한 대부분의 개념은 초저온 원자 또는 개별 전자의 스핀을 사용하여 이러한 장치의 기반을 형성하는 양자 비트 또는 큐비트로 작동합니다. 그러나 약 XNUMX년 전에 일부 연구자들은 기본 큐비트 단위로 물리적 물체 대신 빛을 사용하는 아이디어를 제안했습니다. 다른 이점 중에서도 큐비트를 제어하고 큐비트에서 데이터를 입력 및 추출하기 위해 복잡하고 값비싼 장비가 필요하지 않습니다. 대신 일반 거울과 광학 탐지기만 있으면 됩니다.

Kaplan은 "이 큐비트와 같은 광자를 사용하여 '가정용' 선형 광학 장치만으로 적절하게 준비된 광자를 제공한다면 양자 컴퓨터를 구축할 수 있습니다."라고 설명합니다.

그 광자를 준비하는 것이 핵심입니다. 각 광자는 이전 광자의 양자 특성과 정확하게 일치해야 합니다. 일단 완벽한 매칭이 이루어지면 “정말 큰 패러다임 전환은 매우 화려한 광학, 매우 화려한 장비에 대한 필요성에서 단순한 장비의 필요성으로 바뀌고 있습니다. 특별해야 할 것은 빛 그 자체다.”

그런 다음 Bawendi는 서로 동일하고 구별할 수 없는 단일 광자를 취하여 서로 상호 작용한다고 설명합니다. 이러한 구별 불가능성은 매우 중요합니다. 두 개의 광자가 있고 “그들에 대한 모든 것이 동일하고 XNUMX번과 XNUMX번을 말할 수 없다면 그런 식으로 광자를 추적할 수 없습니다. 그것이 그들이 고전적이지 않은 특정한 방식으로 상호 작용할 수 있게 해주는 것입니다.”

Kaplan은 "광자가 에너지, 편광, 공간 모드, 시간, 양자를 기계적으로 인코딩할 수 있는 모든 것에서 매우 잘 정의되는 매우 특정한 속성을 가지려면 소스가 매우 잘 정의된 양자는 기계적으로도 마찬가지입니다.”

그들이 사용하게 된 소스는 납-할라이트 페로브스카이트 나노입자의 한 형태입니다. 납-할라이드 페로브스카이트의 박막은 무엇보다도 잠재적인 차세대 광전지로 널리 추구되고 있습니다. 왜냐하면 그것들은 오늘날의 표준 실리콘 기반 광전지보다 훨씬 더 가볍고 처리하기 쉬울 수 있기 때문입니다.

나노입자 형태의 납-할라이드 페로브스카이트는 눈부시게 빠른 극저온 복사 속도로 유명하여 다른 콜로이드 반도체 나노입자와 구별됩니다. 빛이 더 빨리 방출될수록 출력이 잘 정의된 파동함수를 가질 가능성이 높아집니다. 따라서 빠른 복사 속도는 납-할라이드 페로브스카이트 나노입자가 양자 광을 방출하도록 독특하게 배치합니다.

그들이 생성하는 광자가 실제로 구별할 수 없는 특성을 가지고 있는지 테스트하기 위해 표준 테스트는 Hong-Ou-Mandel 간섭으로 알려진 두 광자 사이의 특정 종류의 간섭을 감지하는 것입니다. 이 현상은 많은 양자 기반 기술의 핵심이며 따라서 그 존재를 입증하는 것은 "광자 소스가 이러한 목적에 사용될 수 있음을 확인하는 특징이었습니다."라고 Kaplan은 말합니다.

이 테스트를 충족하는 빛을 방출할 수 있는 재료는 거의 없다고 그는 말합니다. "그들은 거의 한 손으로 나열할 수 있습니다." 새로운 소스가 아직 완벽하지 않아 절반 정도만 HOM 간섭을 생성하는 반면, 다른 소스는 확장성을 달성하는 데 중요한 문제가 있습니다. “다른 소스가 일관된 이유는 가장 순수한 재료로 만들어지고 개별적으로 하나씩, 원자별로 만들어지기 때문입니다. 따라서 확장성과 재현성이 매우 낮습니다.”라고 Kaplan은 말합니다.

대조적으로, 페로브스카이트 나노입자는 용액에서 만들어지고 단순히 기판 재료에 증착됩니다. Kaplan은 "우리는 기본적으로 표면에 회전시키는 것입니다. 이 경우에는 일반 유리 표면에 불과합니다."라고 말합니다. "그리고 우리는 이전에 가장 엄격한 준비 조건에서만 볼 수 있었던 이러한 행동을 겪는 것을 보고 있습니다."

따라서 이러한 재료가 아직 완벽하지 않더라도 “확장성이 매우 뛰어나서 많이 만들 수 있습니다. 현재 매우 최적화되지 않았습니다. 우리는 그것들을 장치에 통합할 수 있고 더 개선할 수 있습니다.”라고 Kaplan은 말합니다.

현 단계에서 그는 이 작업이 이러한 물질의 가능성을 보여주는 "매우 흥미로운 근본적인 발견"이라고 말합니다. "작업의 중요성은 사람들이 다양한 장치 아키텍처에서 이를 더욱 향상시키는 방법을 조사하도록 격려할 수 있기를 바랍니다."

그리고 Bawendi는 이러한 이미터를 광학 공동이라고 하는 반사 시스템에 통합함으로써 다른 소스에서 이미 수행한 것처럼 “우리는 광학 공동에 통합하면 경쟁 수준으로 속성을 가져올 것이라고 확신합니다. ”

연구팀에는 Chantalle Krajewska, Andrew Proppe, Weiwei Sun, Tara Sverko, David Berkinsky 및 Hendrik Utzat가 포함되었습니다. 이 작업은 미국 에너지부와 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회의 지원을 받았습니다.

연구 보고서:"콜로이드성 CsPbBr3 페로브스카이트 나노결정의 홍우만델 간섭"