Vědci objevili chytrý nový způsob, jak ovládat světlo emitované kvantovými tečkami – malé krystaly, které mohou uvolňovat jednotlivé fotony.
Pokrok by mohl vést k rychlejším, levnějším a praktičtějším kvantovým technologiím, od ultrasetivních komunikačních systémů až po experimenty, které zkoumají podivné základy kvantové fyziky.
Výzva zdrojů s jedním fototonem
Kvantové tečky jsou malé polovodičové struktury schopné uvolnit jednotlivé fotony na vyžádání, což z nich činí silné kandidáty na budoucí fotonické kvantové počítače. Obtížnost spočívá v tom, že žádné dvě kvantové tečky nejsou úplně stejné a každý může emitovat světlo v mírně odlišných barvách. Tato variace brání vědcům v kombinaci více teček a vytvářet multifotonové stavy.
Aby se to obešlo, vědci se obvykle spoléhají na jednu kvantovou tečku a poté rozdělí své světlo do různých prostorových a časových režimů pomocí rychlého elektrooptického modulátoru. Nevýhodou je, že tyto modulátory jsou nákladné, často vyžadují vysoce přizpůsobené vzory a mohou být neefektivní, což vede k energetickým ztrátám v systému.
Objeví se elegantní optické řešení
Výzkumná spolupráce vedená Vikas Remesh of Photonics Group na Katedře experimentální fyziky, University of Innsbruck, spolu s partnery z University of Cambridge, Johannes Kepler University Linz a další instituce, nyní prokázala způsob, jak tyto výzvy obejít. Jejich metoda se spoléhá na plně optický proces známý jako stimulovaná dvoufotonová excitace. Tato technika umožňuje kvantové tečky emitovat toky fotonů v odlišných polarizačních stavech bez nutnosti elektronického přepínacího hardwaru.
V testech vědci úspěšně produkovali vysoce kvalitní dvoufotonové státy při zachování vynikajících jednofotonových charakteristik.
Jak tato technika funguje v praxi
„Metoda funguje nejprve vzrušujícím kvantovou tečkou s přesně načasovanými laserovými impulsy, aby vytvořila stav biexcitonu, následované stimulačními pulzy řízené polarizací, které deterministicky spouští foton Emise v požadované polarizaci, “vysvětlete Yusuf Karli a Iker Avila Arenas, první autoři studie.
„Pro mě to byl fantastický zážitek pracovat ve skupině fotoniky pro tezi mého magie, vzpomíná si, že Iker Avila Arenas, který byl součástí kohorty roku 2022-2024 o společném programu Erasmus Mundus v Photonics pro spolehlivost a bezpečnost a strávil 6 měsíců v Innsbrucku.
Přesun složitosti do optické fáze
„To, co dělá tento přístup obzvláště elegantní, je to, že jsme přesunuli složitost z drahých elektronických komponent vyvolávající ztráty po emise single fotonů do fáze optické excitace a je to významný krok vpřed při zvyšování praktičtějších zdrojů kvantových teček pro aplikace v reálném světě,“ poznamenává Vikas Remesh, vedoucí studie studie.
Při pohledu dopředu vědci představují rozšíření techniky pro generování fotonů s libovolnými lineárními polarizačními stavy pomocí speciálně inženýrských kvantových teček.
Kvantové aplikace v reálném světě
„Studie má okamžité aplikace v zabezpečených kvantových distribučních protokolech, kde více nezávislých fotonových toků může umožnit simultánní bezpečné komunikaci s různými stranami a v experimentech s více fotononskými interferencemi, které jsou velmi důležité pro testování i základních principů kvantové mechaniky,“ vysvětluje Gregor Weihs, vedoucí fotonické výzkumné skupiny v Innsbruck.
Výzkum, publikovaný v Informace o kvantu NPJPředstavuje úsilí o spolupráci zahrnující odborné znalosti v kvantové optice, polovodičové fyzice a fotonickém inženýrství.
Reference: „Pasivní demultiplexovaná generace dvoufotonových států z kvantové tečky“ od Yusuf Karli, Iker Avila Arenas, Christian Schimpf, Ailton Jose Garcia Junior, Santanu Manna, Florian Kappe, René Schwarz, Gabriel Undeuts, Armand, Ammand, Ammanlo, Arimand, Arimand, Arimand, Ammanlo, Ammanlo, Arimand, Arimand F. Creman, Ammanlo, Arimand F. Comand F. Comans F. Creen. Rastelli, Gregor Weihs a Vikas Remesh, 11. srpna 2025, Informace o kvantu NPJ.
Doi: 10.1038/s41534-025-01083-0
Práce byla podporována Rakouským vědeckým fondem (FWF), Rakouskou agenturou o propagaci výzkumu (FFG) a výzkumné programy Evropské unie.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
