Un team di scienziati australiani della University of Technology Sydney (UTS) e dell'Australian National University (ANU) ritiene di aver sviluppato un modo per affrontare una sfida decennale nel campo dei materiali quantistici:la sintonizzazione spettrale delle sorgenti di luce quantistiche proposte .

I ricercatori dicono che i loro risultati, utilizzando un materiale atomicamente sottile, nitruro di boro esagonale, costituiscono un significativo passo avanti nella comprensione delle interazioni luce-materia dei sistemi quantistici nei materiali 2-D, e il viaggio verso dispositivi on-chip scalabili per le tecnologie quantistiche. Lo studio è pubblicato su Materiale avanzato .

La capacità di mettere a punto con precisione i colori della luce quantistica è stata proposta come un passo fondamentale nello sviluppo di architetture di rete quantistica, dove fotoni, l'elemento fondamentale della luce, vengono sfruttati per fungere da messaggero quantistico per comunicare tra siti distanti.

Gli scienziati hanno sfruttato l'estrema elasticità del nitruro di boro esagonale, noto anche come "grafene bianco". a tal punto che sono stati in grado di dimostrare un record mondiale per il più grande spettro, gamma di regolazione del colore da un sistema quantistico atomicamente sottile.

Autore principale, Dottorato UTS il candidato Noah Mendelson ha affermato che il miglioramento dimostrato nella sintonizzazione spettrale, di quasi un ordine di grandezza, susciterà interesse all'interno di gruppi sia accademici che industriali "lavorando allo sviluppo di reti quantistiche e delle relative tecnologie quantistiche".

"Questo materiale è stato coltivato nel laboratorio di UTS con alcuni "errori di cristallo" su scala atomica che sono fonti quantistiche ultra luminose ed estremamente stabili.

"Allungando il materiale atomicamente sottile per indurre l'espansione meccanica della sorgente quantistica, questo, a sua volta ha portato alla drammatica gamma di sintonizzazione dei colori emessi dalla sorgente di luce quantistica, " Egli ha detto.

"Poiché il nitruro di boro esagonale è stato allungato fino a raggiungere solo pochi strati atomici, la luce emessa ha iniziato a cambiare colore dall'arancione al rosso, proprio come le luci a LED su un albero di Natale, ma nel regno quantico, ", afferma Noah Mendelson, candidato al dottorato di ricerca UTS.

"Vedere una tale regolazione del colore a livello quantistico non è solo un'impresa straordinaria da un punto di vista fondamentale, ma fa anche luce su molte potenziali applicazioni nel campo della scienza quantistica e dell'ingegneria quantistica, " Aggiunge.

A differenza di altri nanomateriali utilizzati come sorgenti di luce quantistica, come il diamante, carburo di silicio o nitruro di gallio nitruro di boro esagonale non è fragile e viene fornito con le proprietà meccaniche elastiche uniche di un cristallo di van der Waals.

"Siamo sempre rimasti stupiti dalle proprietà superiori del nitruro di boro esagonale, siano meccanici, elettrico o ottico. Tali proprietà consentono non solo esperimenti di fisica unici, ma potrebbe anche aprire le porte a una pletora di applicazioni pratiche nel prossimo futuro, " dice il professor Igor Aharonovich dell'UTS, un autore senior del lavoro e ricercatore capo del Centro di eccellenza ARC per i materiali meta-ottici trasformativi (TMOS).

Il team di fisici sperimentali dell'UTS, guidati dal Dr. Trong Toan Tran sentivano di essere arrivati ​​a qualcosa di molto intrigante fin dalla prima osservazione del fenomeno esotico.

"Abbiamo rapidamente collaborato con uno dei principali fisici teorici del mondo in questo campo, Il Dr. Marcus Doherty dell'ANU per cercare di capire i meccanismi sottostanti responsabili dell'impressionante gamma di regolazione del colore. Lo sforzo congiunto tra UTS e ANU ha portato alla completa comprensione del fenomeno, pienamente supportato da un robusto modello teorico, " Ha detto il dottor Toan Tran.

Il team sta ora preparando il lavoro successivo:la realizzazione di un esperimento di prova del principio che coinvolge l'entanglement dei due fotoni di colore originariamente diverso da due sorgenti quantistiche allungate in nitruro di boro esagonale per formare un bit quantico o (qubit):l'edificio blocco di una rete quantistica.

"Pensiamo che il successo del nostro lavoro abbia aperto nuove strade per molteplici esperimenti di fisica fondamentale che potrebbero gettare le basi per il futuro Internet quantistico, " conclude il dottor Toan Tran.