Een groep natuurkundigen uit Duitsland en Spanje rapporteerde de ontdekking van een methode voor zeer nauwkeurige controle van licht
Wetenschappers hebben een chip gemaakt die is uitgerust met kleinegolfgeleiders - "geleidende paden" voor lichtkwanta, golfgeleiders. Ze zijn ongeveer 30 keer dunner dan een mensenhaar. De lichtbron bestond uit kwantumdots die in de chip waren ingebouwd.
Deze kwantumdots zijn eilandeneen paar nanometer groot in golfgeleiders die licht uitzenden in de vorm van individuele fotonen. Quantum dots zijn ingebouwd in onze chip, en we hoeven niet eerst individuele fotonen te genereren met een andere bron en ze te koppelen aan golfgeleiders.
Hubert Krenner, hoogleraar experimentele natuurkunde aan de Wilhelm Universiteit van Westfalen en co-auteur van de studie
Wanneer het apparaat in werking is, wordt de gefocusseerde laser weergegevenDe straal maakt gebruik van een quantum dot om afzonderlijke fotonen te genereren in een fotonische golfgeleider die is vervaardigd op een enkele kristalfilm van galliumarsenide (GaAs) en aluminiumgalliumarsenide (Al0.2Ga0.8As). Twee kamelektroden genereren nanosonische golven, waardoor vervorming van het kristalrooster van de golfgeleider ontstaat. De linker transducer produceert een geluidsgolf die de kleur van de uitgezonden fotonen op gigahertz-frequenties aanpast. De rechter akoestische transducer genereert nog een nanogeluidsgolf, die de fotonen op kleur scheidt.
Schema van het apparaat (a), generatie van enkele fotonen(b), het aansturen van enkele fotonen (c), en het meten van de geroteerde toestand van de superpositie door uitgangssignalen te verzamelen en te detecteren (d). Afbeelding: Dominik D. Bühler et al., Nature Communications
Dat constateren de onderzoekers in een reeks experimentenze waren in staat om individuele fotonen op een chip ter grootte van een miniatuur te genereren en vervolgens geluidsgolven te gebruiken om ze met precisie te besturen die nooit eerder mogelijk was. Soortgelijke mechanismen zijn al gebruikt voor "klassieke laserstraling", maar voor het eerst werden ze gebruikt om individuele lichtkwanta te regelen, voegen de wetenschappers toe.
Artistieke illustratie van een chip.Een gefocusseerde laserstraal (links, blauw) gebruikt een kwantumstip om enkele fotonen te genereren in een fotonische golfgeleider (rood) die is vervaardigd uit een monokristallijne film van galliumarsenide (GaAs) en aluminiumgalliumarsenide (Al0.2Ga0.8As). Twee kamelektroden genereren nanosonische golven die het kristalrooster van de golfgeleiders vervormen. De linker transducer produceert een geluidsgolf die de kleur van uitgezonden fotonen bij gigahertz-frequenties aanpast. De twee golfgeleiders zijn op twee punten met elkaar verbonden door multimode interferentiekoppelingen (MMI). De rechter sonische transducer genereert nog een nanosonische golf die fotonen op kleur scheidt. Afbeelding: Dominik D. Bühler, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Licht- en geluidsgolven zijntechnologische basis van moderne communicatie. Optische vezels op basis van laserstraling zorgen voor het functioneren van wereldwijde netwerken. En nanosonic wave-chips worden gebruikt om gegevens op gigahertz-frequenties draadloos over te dragen tussen smartphones, tablets of laptops.
Wetenschappers geloven dat de resultaten van het werk onthullenhet pad naar hybride kwantumtechnologieën, omdat ze drie verschillende systemen combineren: kwantumlichtbronnen in de vorm van kwantumdots, gegenereerde lichtkwanta en fononen, kwantumdeeltjes van een geluidsgolf. Natuurkundigen blijven werken aan het uitbreiden van de mogelijkheden van de chip. Het zal bijvoorbeeld in staat zijn om meerdere fotonen van verschillende kleuren te sorteren tussen vier of meer uitgangen.
Lees verder:
Een magnetische storm staat op het punt de aarde te raken
Creëerde een navigatiesysteem dat nauwkeuriger is dan GPS
Een oud amulet herschreef de geschiedenis van Europa's meest mysterieuze taal