Un team di scienziati dell’Università di Cambridge ha fatto un passo avanti significativo nello sviluppo di efficienti sorgenti di fotoni entangled, cruciali per varie applicazioni nelle tecnologie quantistiche. I loro risultati, pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology, dimostrano come le interazioni eccitoniche nei semiconduttori ultrasottili possano migliorare significativamente l'efficienza della generazione di fotoni entangled.

Fotoni intrecciati:una pietra angolare delle tecnologie quantistiche

I fotoni entangled sono coppie di fotoni che mostrano una correlazione unica, nota come entanglement quantistico. Questo fenomeno nasce dalla dualità onda-particella della luce e non ha una controparte classica. I fotoni entangled sono diventati elementi fondamentali per diverse tecnologie quantistiche, tra cui l’informatica quantistica, la crittografia quantistica e il rilevamento quantistico.

Sfide nella generazione di fotoni intrecciati

Nonostante la loro importanza, generare fotoni entangled in modo efficiente rimane una sfida significativa. I metodi convenzionali spesso implicano configurazioni ottiche ingombranti e complesse, limitando le loro applicazioni pratiche. I pozzi quantici a semiconduttore, che sono sottili strati di semiconduttori, sono emersi come candidati promettenti per un’efficiente generazione di fotoni entangled a causa delle loro forti interazioni luce-materia. Tuttavia, l’efficienza della generazione di fotoni entangled in questi sistemi è spesso limitata da processi di ricombinazione non radiativi, in cui l’energia degli elettroni e delle lacune eccitate viene persa sotto forma di calore invece di essere emessa come fotoni.

Le interazioni eccitoniche aumentano l'efficienza

Nel loro studio, gli scienziati di Cambridge hanno sfruttato le interazioni eccitoniche nei semiconduttori ultrasottili per superare i limiti delle convenzionali fonti di fotoni entangled. Gli eccitoni sono quasiparticelle che nascono dal forte legame di elettroni e lacune nei semiconduttori. Controllando attentamente lo spessore e la composizione dei pozzi quantici del semiconduttore, i ricercatori sono stati in grado di migliorare le interazioni eccitoniche, portando a un aumento sostanziale dell'efficienza della generazione di fotoni entangled.

Risultati chiave e implicazioni

Gli scienziati hanno osservato un notevole miglioramento nell'efficienza della generazione di fotoni entangled di un fattore pari a circa 100 rispetto alle strutture convenzionali dei pozzi quantistici. Questo miglioramento significativo è stato attribuito all'aumento del tasso di ricombinazione radiativa facilitato dalle interazioni eccitoniche. Inoltre, le sorgenti di luce quantistica ultrasottile hanno mostrato un elevato grado di entanglement della polarizzazione, rendendole adatte a varie applicazioni di elaborazione delle informazioni quantistiche.

I risultati hanno implicazioni significative per lo sviluppo di tecnologie quantistiche pratiche. Le sorgenti di luce quantistica ultrasottile offrono una soluzione compatta ed efficiente per generare fotoni entangled, aprendo la strada a dispositivi quantistici miniaturizzati e integrati. Questi progressi potrebbero consentire ulteriori progressi nell’informatica quantistica, nella comunicazione quantistica e nel rilevamento quantistico, avvicinandoci alla realizzazione del pieno potenziale delle tecnologie quantistiche.