I ricercatori hanno dimostrato il primo diodo quantistico a emissione di luce (LED) che emette singoli fotoni e coppie di fotoni entangled con una lunghezza d'onda di circa 1550 nm, che si trova all'interno della finestra di telecomunicazioni standard. Si prevede che una sorgente a singolo fotone che opera a questa lunghezza d'onda fungerà da componente chiave nelle future reti quantistiche, sistemi di comunicazione quantistica a lunga distanza, dispositivi di crittografia quantistica, e altre applicazioni.

I ricercatori, Tina Muller et al. presso Toshiba Research Europe Limited, l'Università di Sheffield, e l'Università di Cambridge, hanno pubblicato un articolo sulla nuova sorgente di luce quantistica in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

"Per la prima volta, i dispositivi quantistici possono soddisfare i requisiti fondamentali della distribuzione di chiavi quantistiche all'avanguardia e dei sistemi di comunicazione quantistica, "Müller ha detto Phys.org .

La capacità di emettere singoli fotoni e coppie di fotoni entangled nella finestra delle telecomunicazioni è stato a lungo un obiettivo nel campo dell'ottica quantistica. Sebbene esista una varietà di sorgenti luminose diverse che possono emettere fotoni singoli ed entangled (dai singoli atomi ai centri di colore nel diamante), fino ad ora sono stati in gran parte limitati a lunghezze d'onda più corte che non sono adatte per applicazioni di rete quantistica.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno fabbricato dispositivi a punti quantici a emissione di luce basati sul fosfuro di indio, un materiale attualmente utilizzato nei laser a punti quantici per generare luce laser con una lunghezza d'onda di 1550 nm. Per consentire a questo materiale di emettere singoli fotoni e coppie di fotoni entangled a questa lunghezza d'onda, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di crescita chiamato epitassia in fase vapore metallorganico per far crescere singole "goccioline" di fosfuro di indio a punti quantici, " che costituiscono la base per i LED quantistici.

Un altro vantaggio dei nuovi LED quantistici è che possono funzionare a temperature fino a 93 K, che è significativamente superiore alle temperature di esercizio di altre sorgenti di luce quantistica. Una temperatura di esercizio più elevata consente una più facile integrazione con i dispositivi esistenti, e i ricercatori si aspettano che la temperatura operativa dei nuovi dispositivi possa essere ulteriormente migliorata con alcune modifiche.

Andando avanti, i ricercatori prevedono che i nuovi LED quantistici avranno un impatto significativo sullo sviluppo della tecnologia delle reti quantistiche, compreso Internet quantistico. Per esempio, i dispositivi possono essere integrati con relè e ripetitori quantistici per estendere la gamma delle reti quantistiche. I ricercatori si aspettano anche che le sorgenti di luce quantistica possano funzionare in modalità pulsata quando integrate con l'elettronica a radiofrequenza. I loro prossimi passi saranno apportare miglioramenti per realizzare queste applicazioni.

"Ottimizzeremo ulteriormente le prestazioni e le dimensioni dei nostri dispositivi per facilitare l'integrazione nei sistemi di comunicazione quantistica a lunga distanza, " ha detto Muller.

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