Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Macquarie University demonstrou uma nova abordagem para converter luz laser comum em luz quântica genuína.

A abordagem deles usa filmes de espessura nanométrica feitos de arseneto de gálio, que é um material semicondutor amplamente utilizado em células solares. Eles imprensam os filmes finos entre dois espelhos para manipular os fótons que chegam.

Os fótons interagem com pares de elétron-buraco no semicondutor, formando novas partículas quiméricas chamadas polaritons que carregam propriedades tanto dos fótons quanto dos pares elétron-buraco. Os polaritons decaem após alguns picossegundos, e os fótons que eles liberam exibem assinaturas quânticas distintas.

A pesquisa das equipes foi publicada durante a noite no jornal Materiais da Natureza .

Embora essas assinaturas quânticas sejam fracas no momento, o trabalho abre um novo caminho para a produção de fótons únicos sob demanda.

"A capacidade de produzir fótons únicos sob demanda é extremamente importante para futuras aplicações em comunicação quântica e processamento óptico de informações quânticas, "diz o professor associado Thomas Volz do Departamento de Física e Astronomia e o autor sênior do artigo." Pense em criptografia inquebrável, computadores super-rápidos, chips de computador mais eficientes ou mesmo transistores ópticos com consumo mínimo de energia. "

Atualmente, os emissores de fóton único são normalmente criados pela engenharia de materiais - onde o próprio material é montado de tal forma que o comportamento "quântico" é embutido.

Mas essa abordagem padrão enfrenta sérias limitações em escalas cada vez menores porque produzir emissores de fóton único idênticos por engenharia de materiais pura é extremamente desafiador.

"Isso significa que nossa abordagem pode ser muito mais receptiva para uma ampliação massiva, uma vez que somos capazes de aumentar a força das assinaturas quânticas que estamos produzindo. Podemos ser capazes de fazer emissores quânticos idênticos a partir de semicondutores por engenharia de nanoestrutura de fótons, em vez de por engenharia de materiais direta, "diz o Dr. Guillermo Munoz Matutano, também da Macquarie e principal autor do artigo.

"Embora os aplicativos do mundo real ainda estejam um pouco distantes, nosso artigo descreve um marco importante que a comunidade polariton em particular tem esperado nos últimos dez a quinze anos. O regime em que os polaritons interagem tão fortemente que podem imprimir assinaturas quânticas nos fótons não foi acessado até o momento e abre um novo playground para pesquisadores da área, "diz Thomas.