Единствени фотони од истражувачкиот тим за силиконски чипови развија нов извор за
Семејно стебло на Млечниот пат
Целосно интегрирана контрола на нанодијамантите
Малку поблиску до сонцето
Растојанија од starsвезди
Она што ги прави starsвездите да светат
Еднонасочна улица за електрони
Стотици примероци од Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica пронајдени во нов преброј
Нашиот сончев систем е формиран за помалку од 200.000 години
Здрав за Марс
Единствени фотони од силиконскиот чип: истражувачки тим развива нов извор за честички на квантна светлина
Вести за физика од 15.09.2020 квантна оптика
Квантната технологија е исклучително ветувачка: за неколку години, квантните компјутери треба да направат револуција во пребарувањето бази на податоци, АИ системите и пресметките на симулацијата. Дури и денес, квантната криптографија може да гарантира пренос на податоци што е апсолутно безбеден од прислушување, иако со ограничувања. Предност е ако новите технологии се што е можно покомпатибилни со претходната електроника базирана на силикон. Ова е точно местото каде што физичарите од ХЗДР и ТУ Дрезден постигнаа извонреден напредок: Тимот дизајнираше извор на светлина заснован на силикон што генерира индивидуални фотони кои можат добро да се шират во стаклени влакна.
Квантната технологија се заснова на контролирање на однесувањето на квантните честички што е можно попрецизно, на пример со заклучување на одделни атоми во магнетни стапици или испраќање на одделни светлосни честички - т.н. фотони - преку стаклени влакна. Последново е основа на квантната криптографија, вид на комуникација што е во основа безбедна од прислушкување: ако крадец на податоци ги пресретнува фотоните, тој неизбежно ги уништува нивните квантни својства. Сепак, ова не останува скриено од испраќачите и примачите на пораката - тие можат навремено да го прекинат преносот, кој стана несигурен.
М. Холенбах, Ј. Беренсен, К. Кенч, М. Хелм, Г. Астахов Изолација на телекомуникациските единици на фотони во силициум за скалабилна квантна фотоника Оптика експрес, 2020 г.
Ова бара извори на светлина што испорачуваат индивидуални фотони. Такви системи веќе постојат, особено оние базирани на дијаманти. Сепак, тие имаат еден недостаток: „Овие извори на дијаманти можат да генерираат само фотони со фреквенции кои не се погодни за пренос на оптички влакна“, објаснува физичарот на ХЗДР, др. Георгиј Астахов. „Ова е значително ограничување во смисла на практична употреба.“ Така, Астахов и неговиот тим зедоа друг материјал - испробаниот основен електронски материјал за силикон.
100.000 единечни фотони во секунда
Со цел да се поттикне материјалот да генерира инфрацрвени фотони потребни за комуникација со оптички влакна, експертите го подложија на посебен третман: Користејќи забрзувач од центарот на јонските зраци HZDR, тие испукаа јаглерод во силициумот на насочен начин. Ова создаде т.н. Г-центри во материјалот - два соседни атоми на јаглерод кои заедно со атом на силициум формираат еден вид вештачки атом.
Доколку овој вештачки атом е озрачен со црвена ласерска светлина, тој ги емитира посакуваните инфрацрвени фотони со бранова должина од 1,3 микрометри - фреквенција која е исклучително погодна за пренос на оптички влакна. „Нашиот прототип може да генерира 100.000 индивидуални фотони во секунда“, известува Астахов. „И работи стабилно, дури и по неколку дена континуирана работа не забележавме никакво влошување.“ Сепак, системот работи само во екстремно студени услови - физичарите мораат да го ладат на температура од минус 268 степени Целзиусови со течен хелиум.
„Можевме за прв пат да покажеме дека е можен извор на еден фотон базиран на силициум“, рече колегата на Астахов, др. Јондер Беренсен. „Затоа, во основа се чини изводливо да се интегрираат такви извори со други оптички компоненти на чип.“ Меѓу другото, се чини дека е вредно да се спари новиот извор на светлина со т.н. резонатор. Ова може да го реши следниов проблем: Досега, инфрацрвените фотони во голема мерка доаѓаат случајно од изворот. За употреба во квантна комуникација, сепак, ќе биде потребно да се биде во можност специјално да се генерираат фотони по потреба.
Извор на светлина на чип
Истражувачите би можеле да го прилагодат овој резонатор така што тој да ја погоди точно брановата должина на изворот на светлина. Ова ќе овозможи да се зголеми бројот на генерирани фотони толку многу што тие ќе бидат достапни во кој било момент. „Веќе е докажано дека ваквите резонатори можат да се градат во силикон“, известува Беренсен. „Врската што сè уште недостасуваше беше извор заснован на силикон за индивидуални фотони. И тоа е токму она што сега можевме да го спроведеме “.
Но, пред да се размисли за практична примена, истражувачите на ХЗДР сè уште треба да решат голем број проблеми - како што е насочено производство на нови извори на единечни фотони на телекомот. „За да го направиме ова, ние сакаме да се обидеме да го всадиме јаглеродот во силиконот поточно отколку порано“, објаснува Георги Астахов. „Со својот центар на јонски зраци, HZDR има идеална инфраструктура за да ги претвори ваквите идеи во реалност.