Gli scienziati dell’Università di Cambridge e dell’Università di Southampton hanno compiuto progressi significativi nello sviluppo di sorgenti di luce quantistica ultrasottile. La loro ricerca dimostra come lo sfruttamento delle interazioni eccitoniche possa migliorare l’efficienza della generazione di fotoni entangled. Questi risultati sono promettenti per la miniaturizzazione e l’integrazione di dispositivi fotonici quantistici cruciali per le tecnologie di comunicazione e calcolo quantistico.

Interazioni eccitoniche e generazione di fotoni intrecciati

Gli eccitoni sono quasiparticelle formate quando elettroni e lacune sono legati insieme dalle forze coulombiane. In alcuni materiali semiconduttori, come i dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) atomicamente sottili, gli eccitoni mostrano forti interazioni, portando a fenomeni ottici unici. Uno di questi fenomeni è l'annichilazione eccitone-eccitone, in cui due eccitoni interagiscono e si annichilano a vicenda, rilasciando energia sotto forma di fotoni entangled.

Migliorare l'efficienza

Il team, guidato dal professor Mete Atature, ha esplorato come sfruttare le interazioni eccitone-eccitone per migliorare l'efficienza della generazione di fotoni entangled. Hanno fabbricato diodi quantistici ultrasottili a emissione di luce (LED) utilizzando monostrati TMD atomicamente sottili e hanno studiato le loro proprietà di emissione di luce in varie densità di potenza di eccitazione.

Risultati chiave

I loro esperimenti hanno rivelato che le interazioni eccitone-eccitone svolgono un ruolo cruciale nel potenziare la generazione di fotoni entangled. A basse potenze di eccitazione, il LED ha mostrato deboli interazioni eccitone-eccitone con conseguenti bassi tassi di generazione di fotoni entangled. Tuttavia, con l’aumento della potenza di eccitazione, le interazioni eccitone-eccitone sono diventate più pronunciate, portando a un aumento significativo dell’efficienza della generazione di fotoni entangled, un aumento di oltre dieci volte rispetto al regime a bassa potenza.

Significato

Questa ricerca dimostra il potenziale delle sorgenti di luce quantistica TMD atomicamente sottili per la generazione efficiente di fotoni entangled. Lo sfruttamento delle interazioni eccitone-eccitone offre un approccio potente per migliorare le prestazioni dei dispositivi fotonici quantistici. Questi progressi contribuiscono alla miniaturizzazione e all’integrazione delle tecnologie quantistiche, aprendo la strada ad applicazioni pratiche nell’informatica quantistica, nella crittografia quantistica e nel rilevamento quantistico.

I risultati sono riportati nella rivista Nature Communications .