Esforços para criar computação quântica baseada em luz confiável, distribuição quântica de chaves para segurança cibernética, e outras tecnologias foram impulsionadas por um novo estudo que demonstra um método inovador para a criação de filmes finos para controlar a emissão de fótons individuais.

"O controle eficiente de certos materiais de película fina para que emitam fótons individuais em locais precisos - o que é conhecido como emissão quântica determinística - abre caminho para materiais quânticos além da escala de laboratório, "disse Michael Pettes, um cientista de materiais do Laboratório Nacional de Los Alamos e líder da equipe de pesquisa de várias instituições.

A escalabilidade dessas duas dimensões, Os filmes finos de tungstênio / selênio os tornam potencialmente úteis em processos de fabricação de tecnologias quânticas. A geração de fóton único é um requisito para computação quântica totalmente óptica e distribuição de chaves em comunicações quânticas, e é crucial para o avanço das tecnologias de informação quântica.

O projeto, documentado como um artigo em destaque no jornal Cartas de Física Aplicada esta semana, explora a deformação em locais de emissão altamente localizados e bem separados, ou dicas, em um filme de tungstênio / selênio. A equipe sintetizou o filme por meio de deposição de vapor químico usando uma etapa múltipla, fonte de gás mediada por difusão.

Porque o material é muito fino, está de acordo com o raio das pontas e o material se curva em direção ao substrato em mais do que alguns por cento, como alguém deitado em uma cama de pregos. A deformação resultante é suficiente para alterar a estrutura eletrônica, mas apenas nas pontas. A área afetada emite luz de uma cor e natureza diferente da luz do resto do filme.

"Embora mais pesquisas sejam necessárias para entender completamente o papel da deformação mecânica na criação desses locais de emissão quântica, podemos habilitar uma rota para controlar as propriedades ópticas quânticas usando a tensão, "Pettes disse." Estas fontes de fóton único formam a base para a fotônica, esquemas de computação quântica totalmente óticos. "

A engenharia de emissão quântica em materiais 2-D ainda está em um estágio muito inicial, os autores observam. Embora os estudos tenham observado fótons únicos originados de estruturas defeituosas nesses materiais, trabalhos anteriores sugeriram que campos de deformação não uniformes podem governar o efeito. Contudo, o mecanismo responsável por esse fenômeno emergente permanece obscuro e é o foco dos trabalhos em andamento em Los Alamos.