Un estudio reciente ha revelado un avance significativo hacia la integración en chip de fuentes de fotón único a temperatura ambiente. Este logro representa un importante paso adelante en el campo de la fotónica cuántica y es prometedor para diversas aplicaciones, incluidas la computación cuántica, la criptografía y la detección.
La innovación clave radica en la implementación de una antena diana híbrida de metal y dieléctrico, que ofrece una direccionalidad de fotones excepcional. Este novedoso diseño de antena permite la retroexcitación eficiente de fotones colocando el emisor dentro de un orificio de sublongitud de onda ubicado en el centro de la antena. Esta configuración permite tanto la retroexcitación directa como el acoplamiento frontal altamente eficiente de la emisión a ópticas o fibras ópticas de baja apertura numérica.
El estudio demuestra la versatilidad de este concepto mediante la fabricación de dispositivos que contienen puntos cuánticos coloidales o nanodiamantes que contienen centros vacantes de silicio; ambos son excelentes emisores de fotones individuales incluso a temperatura ambiente. Estos emisores se colocaron con precisión utilizando dos métodos de nanoposicionamiento distintos.
Sorprendentemente, ambos tipos de dispositivos con excitación trasera exhibieron eficiencias de recolección frontal de aproximadamente el 70% con aperturas numéricas tan bajas como 0,5. Esto significa que se pueden utilizar elementos ópticos muy simples y compactos y aun así recolectar la mayoría de los fotones en el canal deseado o enviar con precisión los fotones emitidos a una fibra óptica cercana sin la necesidad de ninguna óptica de acoplamiento adicional.
Este es un ingrediente clave en la integración de fuentes de luz cuánticas en sistemas cuánticos reales. Este proceso simplificado promete simplificar futuros esfuerzos de integración y acelerar la realización de dispositivos fotónicos cuánticos prácticos.
El artículo de investigación titulado "Fuentes de fotón único acopladas a fibra a temperatura ambiente basadas en puntos cuánticos coloidales y centros SiV en nanoantenas retroexcitadas" se publica en Nano Letters. .
El trabajo fue encabezado por Boaz Lubotzky durante su doctorado. investigación, junto con el Prof. Ronen Rapaport del Instituto de Física Racah de la Universidad Hebrea de Jerusalén, en colaboración con equipos del Laboratorio Nacional de Los Álamos y de la Universidad de Ulm en Alemania.
Lubotzky comentó la importancia de este logro y afirmó:"Al superar los desafíos clave asociados con la integración en el chip de fuentes de fotón único, hemos abierto nuevas e interesantes posibilidades para el desarrollo de tecnologías cuánticas avanzadas".
La integración exitosa de fuentes de fotón único en chips diminutos a temperatura ambiente, lograda mediante el uso innovador de una antena diana híbrida de metal y dieléctrico, tiene aplicaciones inmediatas en el avance de la criptografía cuántica para comunicaciones seguras, la mejora de las tecnologías de detección y la agilización del proceso de integración para dispositivos fotónicos cuánticos prácticos.
Los hallazgos del estudio abren puertas para aplicaciones comerciales y el desarrollo de nuevos productos en el floreciente campo de las tecnologías cuánticas.
Más información: Boaz Lubotzky et al, Fuentes de fotón único acopladas a fibra a temperatura ambiente basadas en puntos cuánticos coloidales y centros SiV en nanoantenas retroexcitadas, Nano letras (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03672
Información de la revista: Nanoletras
Proporcionado por la Universidad Hebrea de Jerusalén
