Uma interface eficiente de matéria leve pode constituir a base da comunicação quântica. Contudo, certas estruturas que são formadas durante o processo de crescimento interferem no sinal.

Certas estruturas semicondutoras, os chamados pontos quânticos, pode constituir a base da comunicação quântica. Eles são uma interface eficiente entre matéria e luz, com fótons (partículas de luz) emitidos pelos pontos quânticos transportando informações por grandes distâncias. Contudo, estruturas se formam por padrão durante a fabricação de pontos quânticos que interferem na comunicação. Pesquisadores da Universidade de Basel, Ruhr-Universität Bochum, e Forschungszentrum Jülich eliminaram com sucesso essas interferências. Eles publicaram seu relatório no jornal Física das Comunicações a partir de 9 de agosto de 2019.

Partículas de luz capazes de transportar informações por grandes distâncias

Os pontos quânticos podem ser realizados em semicondutores se os pesquisadores bloquearem um elétron e um buraco de elétron - ou seja, uma carga positiva em uma posição onde deveria existir um elétron - em um espaço restrito. Juntos, elétron e buraco de elétron formam um estado excitado. Quando eles se recombinam, o estado de excitação desaparece e um fóton é gerado. "Esse fóton pode ser usado como transportador de informações na comunicação quântica em grandes distâncias, "diz o Dr. Arne Ludwig da cadeira de Física do Estado Sólido Aplicada em Bochum.

Os pontos quânticos fabricados em Bochum são gerados no arseneto de índio, material semicondutor. Os pesquisadores cultivam o material em um substrato de arseneto de gálio. No processo, uma camada lisa de arsenieto de índio se forma com uma espessura de apenas uma e meia camadas atômicas - a chamada camada umectante. Subseqüentemente, os pesquisadores geram pequenas ilhas com diâmetro de 30 nanômetros e altura de alguns nanômetros. Esses são os pontos quânticos.

Fótons interferentes da camada de umedecimento

A camada de umedecimento que deve ser depositada na primeira etapa causa problemas, porque isso, também, contém estados de lacunas de elétrons excitados que decaem e podem liberar fótons. Na camada de umedecimento, esses estados decaem ainda mais facilmente do que nos pontos quânticos. Os fótons emitidos no processo não podem ser usados ​​na comunicação quântica, Contudo; em vez, eles geram um ruído estático no sistema.

"A camada de umedecimento cobre toda a superfície, enquanto os pontos quânticos cobrem apenas um milésimo do chip semicondutor, razão pela qual a luz interferente é aproximadamente mil vezes mais forte do que a luz emitida pelos pontos quânticos, "explica Andreas Wieck, Chefe da cadeira de Física do Estado Sólido Aplicada em Bochum. "A camada de umedecimento irradia fótons em uma frequência um pouco mais alta e em uma intensidade muito mais alta do que os pontos quânticos. É como se os pontos quânticos emitissem o tom da câmara A, enquanto a camada de umedecimento emitiu um B mil vezes mais alto. "

Camada adicional elimina interferências

"Conseguimos ignorar essas interferências estimulando apenas os estados de energia necessários, "diz Matthias Löbl da Universidade de Basel." No entanto, se os pontos quânticos devem ser usados ​​como unidades de informação para aplicações quânticas, pode ser ideal carregá-los com mais elétrons. Mas nesse caso, os níveis de energia na camada de umedecimento seriam igualmente excitados, "acrescenta Arne Ludwig.

A equipe de pesquisa agora eliminou essa interferência adicionando uma camada de arseneto de alumínio crescida acima dos pontos quânticos na camada de umedecimento. Os estados de energia na camada de umedecimento são, portanto, removidos, que, por sua vez, torna menos provável que elétrons e lacunas de elétrons se recombinem e emitam fótons.