Uno studio recente ha svelato un progresso significativo verso l’integrazione su chip di sorgenti a fotone singolo a temperatura ambiente. Questo risultato rappresenta un significativo passo avanti nel campo della fotonica quantistica ed è promettente per varie applicazioni, tra cui l'informatica quantistica, la crittografia e il rilevamento.
L’innovazione chiave risiede nell’implementazione di un’antenna bullseye ibrida metallo-dielettrico, che fornisce un’eccezionale direzionalità dei fotoni. Questo nuovo design dell'antenna consente un'efficiente retroeccitazione dei fotoni posizionando l'emettitore all'interno di un foro sub-lunghezza d'onda posizionato al centro dell'antenna. Questa configurazione consente sia la retroeccitazione diretta che l'accoppiamento frontale altamente efficiente dell'emissione con ottiche a bassa apertura numerica o fibre ottiche.
Lo studio dimostra la versatilità di questo concetto fabbricando dispositivi contenenti punti quantici colloidali o nanodiamanti contenenti centri vacanti di silicio, entrambi sono eccellenti emettitori di singoli fotoni anche a temperatura ambiente. Questi emettitori sono stati posizionati accuratamente utilizzando due distinti metodi di nanoposizionamento.
Sorprendentemente, entrambi i tipi di dispositivi retroeccitati hanno mostrato efficienze di raccolta frontale di circa il 70% con aperture numeriche fino a 0,5. Ciò significa che è possibile utilizzare elementi ottici molto semplici e compatti e raccogliere comunque la maggior parte dei fotoni nel canale desiderato o inviare con precisione i fotoni emessi in una fibra ottica vicina senza la necessità di ulteriori ottiche di accoppiamento.
Questo è un ingrediente chiave nell’integrazione delle fonti di luce quantistica nei sistemi quantistici reali. Questo processo ottimizzato promette di semplificare i futuri sforzi di integrazione e di accelerare la realizzazione di pratici dispositivi fotonici quantistici.
Il documento di ricerca intitolato "Fonti a fotone singolo accoppiate a fibra a temperatura ambiente basate su punti quantici colloidali e centri SiV in nanoantenne retro-eccitate" è pubblicato in Nano Letters .
Il lavoro è stato guidato da Boaz Lubotzky durante il suo dottorato di ricerca. ricerca, insieme al Prof. Ronen Rapaport del Racah Institute of Physics presso l'Università Ebraica di Gerusalemme, in collaborazione con team del Los Alamos National Laboratory e dell'Università di Ulm in Germania.
Lubotzky ha commentato l'importanza di questo risultato, affermando:"Superando le principali sfide associate all'integrazione su chip di sorgenti a fotone singolo, abbiamo aperto nuove entusiasmanti possibilità per lo sviluppo di tecnologie quantistiche avanzate."
L’integrazione di successo di sorgenti a fotone singolo su minuscoli chip a temperatura ambiente, ottenuta attraverso l’uso innovativo di un’antenna bullseye ibrida metallo-dielettrico, ha applicazioni immediate nel progresso della crittografia quantistica per comunicazioni sicure, nel miglioramento delle tecnologie di rilevamento e nella razionalizzazione del processo di integrazione per pratici dispositivi fotonici quantistici.
I risultati dello studio aprono le porte ad applicazioni commerciali e allo sviluppo di nuovi prodotti nel fiorente campo delle tecnologie quantistiche.
Ulteriori informazioni: Boaz Lubotzky et al, Sorgenti a fotone singolo accoppiate a fibra a temperatura ambiente basate su punti quantici colloidali e centri SiV in nanoantenne retroeccitate, Nano lettere (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03672
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Fornito dall'Università Ebraica di Gerusalemme
