Gli sforzi per creare un calcolo quantistico affidabile basato sulla luce, distribuzione di chiavi quantistiche per la sicurezza informatica, e altre tecnologie hanno ricevuto un impulso da un nuovo studio che dimostra un metodo innovativo per la creazione di film sottili per controllare l'emissione di singoli fotoni.

"Il controllo efficiente di determinati materiali a film sottile in modo che emettano singoli fotoni in posizioni precise - ciò che è noto come emissione quantistica deterministica - apre la strada a materiali quantistici oltre la scala di laboratorio, " ha detto Michael Pettes, uno scienziato dei materiali del Los Alamos National Laboratory e leader del gruppo di ricerca multi-istituzionale.

La scalabilità di questi bidimensionali, i film sottili di tungsteno/selenio li rendono potenzialmente utili nei processi per la produzione di tecnologie quantistiche. La generazione di un singolo fotone è un requisito per il calcolo quantistico completamente ottico e la distribuzione delle chiavi nelle comunicazioni quantistiche, ed è fondamentale per far progredire le tecnologie dell'informazione quantistica.

Il progetto, documentato come articolo in primo piano nella rivista Lettere di fisica applicata questa settimana, sfrutta il ceppo in siti di emissione altamente localizzati nello spazio e ben separati, o suggerimenti, in un film di tungsteno/selenio. Il team ha sintetizzato il film attraverso la deposizione chimica da vapore utilizzando un multi-step, sorgente di gas mediata dalla diffusione.

Poiché il materiale è molto sottile, si adatta al raggio delle punte e il materiale si piega verso il substrato di più di qualche punto percentuale, come uno sdraiato su un letto di chiodi. La deformazione risultante è sufficiente per modificare la struttura elettronica, ma solo alle punte. L'area interessata emette luce di colore e natura diversi rispetto alla luce del resto del film.

"Mentre sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno il ruolo della deformazione meccanica nella creazione di questi siti di emissione quantistica, possiamo abilitare un percorso per controllare le proprietà ottiche quantistiche usando la deformazione, " ha detto Pettes. "Queste sorgenti a singolo fotone costituiscono la base per la fotonica, schemi di calcolo quantistico completamente ottici".

L'ingegneria dell'emissione quantistica nei materiali 2-D è ancora in una fase molto iniziale, notano gli autori. Mentre gli studi hanno osservato singoli fotoni provenienti da strutture difettose in questi materiali, lavori precedenti hanno suggerito che i campi di deformazione non uniformi potrebbero governare l'effetto. Però, il meccanismo responsabile di questo fenomeno emergente rimane poco chiaro ed è al centro del lavoro in corso a Los Alamos.