Ricercatori del gruppo di ricerca sulla fotonica, un gruppo di ricerca imec presso l'università di Gand e il MIT ha annunciato di aver integrato emettitori di fotoni singoli in materiali stratificati 2-D con un chip fotonico di nitruro di silicio. Anche per rese quantiche moderate, cavità dielettriche potrebbero essere progettate in modo tale che l'estrazione del singolo fotone in modalità guidata possa raggiungere l'unità. I risultati pubblicati in Comunicazioni sulla natura , fornire un passo cruciale nella fotonica quantistica fondamentale e nella ricerca sui materiali 2-D.

I circuiti fotonici integrati (PIC) consentono la miniaturizzazione di complessi circuiti ottici quantistici che collegano un gran numero di dispositivi fotonici con perdite di inserzione ottimizzate e stabilità di fase. Un elemento centrale per un tale circuito quantistico integrato è un singolo emettitore di fotoni (SPE), e una varietà di sistemi di materiali è stata studiata per creare tali SPE su chip. Gli SPE basati su 2-D hanno alcune proprietà uniche che li rendono particolarmente attraenti per l'integrazione con i PIC. Primo, possono essere facilmente interfacciati con i PIC e impilati insieme per creare eterostrutture complesse. Secondo, per la loro magrezza, e l'assenza di totale riflessione interna, consentono efficienze di estrazione della luce molto elevate senza la necessità di alcuna elaborazione aggiuntiva, consentendo un efficiente trasferimento di un singolo fotone tra l'host e il PIC sottostante. Terzo, I materiali 2-D coltivati ​​con un'elevata uniformità su scala di wafer stanno diventando più facilmente disponibili.

Attraverso l'ingegneria dei ceppi su scala nanometrica, il team ha accoppiato SPE basati su 2-D con una guida d'onda di nitruro di silicio compatibile con CMOS. Inoltre, hanno estratto parametri di prestazione cruciali per questa sorgente e li hanno usati in un'analisi di ottimizzazione per massimizzare l'estrazione di singoli fotoni e l'indistinguibilità nella modalità guidata. È stato riscontrato che anche per rese quantiche moderate, cavità dielettriche potrebbero essere progettate in modo tale che l'estrazione del singolo fotone in modalità guidata possa raggiungere l'unità.

"Questi risultati forniscono un passo cruciale nell'ampliamento dei dispositivi fotonici quantistici utilizzando sorgenti di singoli fotoni integrate basate su 2-D, " ha dichiarato Frédéric Peyskens, primo autore del saggio.