Esfuerzos para crear computación cuántica confiable basada en la luz, distribución de claves cuánticas para la ciberseguridad, y otras tecnologías recibieron un impulso de un nuevo estudio que demuestra un método innovador para crear películas delgadas para controlar la emisión de fotones individuales.

"El control eficiente de ciertos materiales de película delgada para que emitan fotones individuales en ubicaciones precisas, lo que se conoce como emisión cuántica determinista, allana el camino para materiales cuánticos más allá de la escala de laboratorio. "dijo Michael Pettes, un científico de materiales del Laboratorio Nacional de Los Alamos y líder del equipo de investigación de múltiples instituciones.

La escalabilidad de estos bidimensionales, Las películas delgadas de tungsteno / selenio las hace potencialmente útiles en los procesos de fabricación de tecnologías cuánticas. La generación de un solo fotón es un requisito para la computación cuántica totalmente óptica y la distribución de claves en las comunicaciones cuánticas. y es fundamental para el avance de las tecnologías de la información cuántica.

El proyecto, documentado como un artículo destacado en la revista Letras de física aplicada esta semana, explota la tensión en sitios de emisión altamente localizados espacialmente y bien separados, o propinas, en una película de tungsteno / selenio. El equipo sintetizó la película a través de la deposición de vapor químico mediante un proceso de varios pasos, fuente de gas mediada por difusión.

Debido a que el material es muy delgado, se ajusta al radio de las puntas y el material se dobla hacia el sustrato en más de un pequeño porcentaje, como quien yace sobre un lecho de clavos. La tensión resultante es suficiente para cambiar la estructura electrónica, pero solo en las puntas. El área afectada emite luz de un color y naturaleza diferente a la luz del resto de la película.

"Si bien se necesita más investigación para comprender completamente el papel de la deformación mecánica en la creación de estos sitios de emisión cuántica, podemos habilitar una ruta para controlar las propiedades ópticas cuánticas mediante el uso de tensión, ", Dijo Pettes." Estas fuentes de fotón único forman la base de la fotónica, esquemas de computación cuántica totalmente óptica ".

La ingeniería de la emisión cuántica en materiales 2-D aún se encuentra en una etapa muy temprana, los autores señalan. Si bien los estudios han observado fotones individuales que se originan en estructuras defectuosas en estos materiales, trabajos anteriores han sugerido que los campos de deformación no uniformes podrían gobernar el efecto. Sin embargo, el mecanismo responsable de este fenómeno emergente sigue sin estar claro y es el foco del trabajo en curso en Los Alamos.