اپتیک و کوانتوم

این دستاورد نشان‌دهنده گامی مهم به جلو در زمینه فوتونیک کوانتومی است و نویدبخش کاربردهای مختلف از جمله محاسبات کوانتومی، رمزنگاری و حسگری است.

نوآوری کلیدی در پیاده‌سازی آنتن هیبریدی فلز-دی الکتریک bullseye نهفته است که جهت‌مندی استثنایی فوتون‌ها را ارائه می‌دهد. این طراحی جدید آنتن این امکان را فراهم می‌کند تا با قرار دادن امیتر در داخل یک کاواک با طول زیر موج واقع در مرکز آنتن، فوتون‌ها را به عقب تحریک کند. این پیکربندی هم تحریک مستقیم پشت و هم جفت شدگی بسیار کارآمد را امکان پذیر می‌کند.

این مطالعه تطبیق‌پذیری این مفهوم را با ساخت دستگاه‌هایی حاوی نقاط کوانتومی کلوئیدی یا نانوالماس‌های حاوی مراکز خالی سیلیکونی نشان می‌دهد که هر دو ساطع‌کننده‌های تک فوتون عالی حتی در دمای اتاق هستند. قابل‌توجه است که هر دو نوع دستگاه‌های تحریک‌شده، بازده جمع‌آوری جلویی تقریباً 70 درصد در دیافراگم‌های عددی کمتر از 0.5 را نشان می‌دهند. این بدان معناست که می‌توان از عناصر نوری بسیار ساده و فشرده استفاده کرد و همچنان بیشتر فوتون‌ها را در کانال مورد نظر جمع‌آوری کرد یا فوتون‌های ساطع‌شده را به دقت به فیبر نوری مجاور ارسال کرد، بدون اینکه نیازی به کوپلینگ نوری اضافی باشد. این یک عنصر کلیدی در ادغام منابع نور کوانتومی در سیستم‌های کوانتومی واقعی است. این فرآیند ساده وعده ساده‌سازی تلاش‌های مجتمع‌سازی آینده و سرعت بخشیدن به تحقق دستگاه‌های فوتونی کوانتومی عملی را می‌دهد.

لوبوتزکی در مورد اهمیت این دستاورد اظهار داشت: «با غلبه بر چالش‌های کلیدی مرتبط با ادغام منابع تک فوتونی روی تراشه، ما امکانات جدید هیجان انگیزی را برای توسعه فناوری‌های کوانتومی پیشرفته باز کرده‌ایم».

ادغام موفقیت‌آمیز منابع تک فوتون بر روی تراشه‌های کوچک در دمای اتاق، که از طریق استفاده نوآورانه از یک آنتن هیبریدی فلز-دی الکتریک bullseye به دست آمده است، کاربردهای فوری در پیشرفت رمزنگاری کوانتومی برای ارتباطات ایمن، بهبود فن‌آوری‌های حسگری و ساده‌سازی فرآیند مجتمع‌سازی دستگاه‏های فوتونی کوانتومی کاربردی دارد. یافته‌های این مطالعه راه را برای کاربردهای تجاری و توسعه محصولات جدید در زمینه رو به رشد فناوری‌های کوانتومی باز می‏کند.

Room-Temperature Fiber-Coupled Single-Photon Sources based on Colloidal Quantum Dots and SiV Centers in Back-Excited Nanoantennas, Nano Letters (2024).