Un team internazionale di ricercatori guidati dalla Macquarie University ha dimostrato un nuovo approccio per convertire la normale luce laser in vera luce quantistica.

Il loro approccio utilizza film di spessore nanometrico realizzati con arseniuro di gallio, che è un materiale semiconduttore ampiamente utilizzato nelle celle solari. Mettono a sandwich le pellicole sottili tra due specchi per manipolare i fotoni in arrivo.

I fotoni interagiscono con le coppie elettrone-lacuna nel semiconduttore, formando nuove particelle chimeriche chiamate polaritoni che trasportano proprietà sia dai fotoni che dalle coppie elettrone-lacuna. I polaritoni decadono dopo pochi picosecondi, e i fotoni che rilasciano mostrano firme quantistiche distinte.

La ricerca dei team è stata pubblicata durante la notte sulla rivista Materiali della natura .

Mentre queste firme quantistiche sono deboli al momento, il lavoro apre una nuova strada per la produzione di singoli fotoni su richiesta.

"La capacità di produrre singoli fotoni su richiesta è estremamente importante per le future applicazioni nella comunicazione quantistica e nell'elaborazione dell'informazione quantistica ottica, " dice il Professore Associato Thomas Volz del Dipartimento di Fisica e Astronomia e l'autore senior dell'articolo. "Pensa alla crittografia indistruttibile, computer super veloci, chip per computer più efficienti o persino transistor ottici con un consumo energetico minimo."

Attualmente gli emettitori a singolo fotone sono generalmente creati dall'ingegneria dei materiali, dove il materiale stesso è assemblato in modo tale da incorporare il comportamento "quantistico".

Ma questo approccio standard deve affrontare gravi limitazioni su scale sempre più piccole perché la produzione di emettitori di fotoni singoli identici mediante l'ingegneria dei materiali puri è estremamente impegnativa.

"Ciò significa che il nostro approccio potrebbe essere molto più suscettibile di un massiccio ridimensionamento, una volta che saremo in grado di aumentare la forza delle firme quantistiche che stiamo producendo. Potremmo essere in grado di creare emettitori quantistici identici da semiconduttori mediante l'ingegneria delle nanostrutture di fotoni, piuttosto che dall'ingegneria diretta dei materiali, " dice il dottor Guillermo Munoz Matutano, anche da Macquarie e autore principale dell'articolo.

"Mentre le applicazioni del mondo reale sono ancora un po' distanti, il nostro articolo descrive un'importante pietra miliare che la comunità di Polariton, in particolare, ha atteso negli ultimi dieci-quindici anni. Il regime in cui i polaritoni interagiscono così fortemente da poter imprimere firme quantistiche sui fotoni non è stato finora accessibile e apre un nuovo parco giochi per i ricercatori nel campo, "dice Tommaso.