Investigadores del Grupo de Investigación Fotónica, un grupo de investigación de imec en la universidad de Ghent y el MIT anunció que han integrado emisores de fotones individuales en materiales en capas 2-D con un chip fotónico de nitruro de silicio. Incluso para rendimientos cuánticos moderados, Las cavidades dieléctricas podrían diseñarse de manera que la extracción de un solo fotón en el modo guiado pueda alcanzar la unidad. Los resultados publicados en Comunicaciones de la naturaleza , proporcionan un paso crucial en la investigación de la fotónica cuántica fundamental y los materiales 2-D.

Los circuitos integrados fotónicos (PIC) permiten la miniaturización de circuitos ópticos cuánticos complejos que conectan un gran número de dispositivos fotónicos con pérdidas de inserción optimizadas y estabilidad de fase. Un bloque de construcción central para un circuito cuántico integrado de este tipo es un emisor de fotón único (SPE), y se ha investigado una variedad de sistemas de materiales para crear tales SPE en chip. Las SPEs basadas en 2-D tienen algunas propiedades únicas que las hacen particularmente atractivas para la integración con PIC. Primero, pueden interactuar fácilmente con los PIC y apilarse para crear heteroestructuras complejas. Segundo, por su delgadez, y la ausencia de una reflexión interna total, Permiten eficiencias de extracción de luz muy altas sin la necesidad de ningún procesamiento adicional, permitiendo la transferencia eficiente de un solo fotón entre el anfitrión y el PIC subyacente. Tercera, Los materiales 2-D cultivados con una alta uniformidad a escala de obleas están cada vez más disponibles.

A través de la ingeniería de deformación a nanoescala, el equipo acopló SPEs basadas en 2-D con una guía de ondas de nitruro de silicio compatible con CMOS. Es más, extrajeron parámetros de rendimiento cruciales para esta fuente y los utilizaron en un análisis de optimización para maximizar la extracción de un solo fotón y la indistinguibilidad en el modo guiado. Se encontró que incluso para rendimientos cuánticos moderados, Las cavidades dieléctricas podrían diseñarse de manera que la extracción de un solo fotón en el modo guiado pueda alcanzar la unidad.

"Estos resultados proporcionan un paso crucial en la ampliación de los dispositivos fotónicos cuánticos utilizando fuentes de fotón único integradas basadas en 2-D, "declaró Frédéric Peyskens, primer autor del artículo.