L'internet delle cose (IoT) consente l'interconnessione e la trasmissione di dati tra una pletora di oggetti fisici come dispositivi terminali, veicoli, ed edifici che sono integrati con l'elettronica, Software, sensori, attuatori, e connettività di rete. Nelle reti ottiche 5G e 6G, le comunicazioni ad alta velocità e bassa latenza consentono l'interconnessione tra un'ampia varietà di endpoint attraverso l'IoT. Per di più, le tecnologie quantistiche stanno per rimodellare il futuro di Internet fornendo una trasmissione dei dati notevolmente più veloce e ampiamente più sicura grazie a nuovi protocolli di crittografia basati su leggi quantistiche. La regola empirica di tali applicazioni chiave è che tutte richiedono l'utilizzo di sorgenti laser per eseguire compiti complessi a velocità ultraveloce e per abilitare la banda larga, comunicazioni sicure ed efficienti dal punto di vista energetico.

Per raggiungere questi obiettivi, le nanostrutture di semiconduttori a bassa dimensionalità come punti quantici e trattini quantistici sono una delle migliori soluzioni attraenti ed euristiche per ottenere laser ad alte prestazioni. In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazione della luce , un team di scienziati, guidato dal professor Frédéric Grillot di Télécom Paris, Istituto Politecnico di Parigi, Francia, e collaboratori hanno esaminato le loro recenti scoperte sui laser nanostrutturati che utilizzano una regione attiva realizzata con nanostrutture di punti quantici e trattini quantistici. Lo studio dimostra l'importanza dell'utilizzo di emettitori di luce basati su nanostrutture e mette in evidenza l'impatto che questi dispositivi fotonici hanno sull'industria e sulla società. L'importanza di questo lavoro viene svolta grazie a forti collaboratori accademici in tutto il mondo, tutti esperti nella tecnologia dei punti quantici.

"Evidenziamo il potenziale dei laser quantum dot e quantum dash per il funzionamento a basso rumore perché presentano un basso fattore di inversione della popolazione e un rumore di emissione spontanea amplificato ridotto, nonché un fattore di miglioramento della larghezza di riga basso. Sono necessari laser con larghezza di riga ridotta e rumore di bassa intensità relativa per una comunicazione coerente, orologi atomici ottici, sintesi di frequenza, spettroscopia ad alta risoluzione e sistemi di rilevamento distribuito."

"A causa dello stretto livello di integrazione di più componenti optoelettronici su un chip fotonico, i laser a semiconduttore ibridi eterogeneamente integrati su silicio sono più sensibili alla riflessione. Abbiamo dimostrato l'eccellente stabilità contro il feedback ottico dei laser a punti quantici epitassiali, che è il più grande risultato di sempre per aver spinto lo sviluppo di trasmissioni senza isolamento su chip di silicio", hanno aggiunto.

"Un'altra caratteristica peculiare dei punti quantici deriva dalle loro grandi non linearità ottiche con una rapida velocità di risposta. Utilizzando una singola sezione di laser a punti quantici coltivati ​​direttamente sul silicio, è possibile ottenere un'efficienza di conversione di miscelazione a quattro onde sufficiente per dimostrare il blocco della modalità automatica con durata dell'impulso inferiore a picosecondi e larghezza di linea del pettine di frequenza di kHz."

"La prospettiva futura può considerare l'utilizzo di punti quantici nelle tecnologie quantistiche come per stati di luce coerenti e schiaccianti. In particolare, gli stati di compressione possono essere utilizzati per sostituire le sorgenti laser a rumore limitato per cui l'oscillatore a rumore ultrabasso che opera al di sotto del limite quantistico standard è altamente significativo in metrologia, spettroscopia e per qualsiasi misura di precisione. Oltretutto, nella distribuzione della chiave quantistica basata su fotoni entangled, una grande larghezza di banda è auspicabile per ottenere trasmissioni di dati ad alta velocità", prevedono gli scienziati.

"Sulla base dei risultati riportati in questo articolo, scienziati, ricercatori, e gli ingegneri possono formulare un giudizio informato nell'utilizzo di nanostrutture autoassemblate per applicazioni che vanno dalle tecnologie integrate basate sul silicio ai sistemi di informazione quantistica".