Junção n-i-p lateral acionada por SAW, e suas propriedades elétricas e ópticas. um esquema do dispositivo. Portas de superfície de elétron e buraco induzem elétrons (região n) e buracos (região p) em um poço quântico de GaAs, formando uma junção n-i-p lateral ao longo de um canal 1D gravado. Um SAW é gerado pela aplicação de um sinal de RF a um transdutor (colocado a 1 mm da junção n-i-p). b Diagrama esquemático mostrando a estrutura de banda da junção n-i-p modulada pelo potencial SAW, para uma polarização direta aplicada menor que o bandgap. Um único elétron é transportado em cada SAW mínimo, criando um único fóton quando ele se recombina com um buraco. c Corrente S-D (superior) e intensidade EL (inferior) em função da frequência de RF aplicada a uma potência de RF de 9 dBm. Ambos mostram uma melhoria significativa em torno de 1,163 GHz, que é a frequência SAW ressonante do IDT. d Intensidade de EL impulsionada por SAW em função do tempo. O recurso periódico de 860 ps corresponde à frequência SAW aplicada de 1,163 GHz. e Espectro de energia do EL acionado por SAW. O espectro mostra um pico em 1,531 eV (FWHM ~ 1 meV), que corresponde à energia do exciton no poço quântico. Crédito: Nature Communications (2020). DOI:10.1038 / s41467-020-14560-1
Pesquisadores da Universidade de Cambridge desenvolveram uma nova técnica para gerar fótons únicos, movendo elétrons únicos em um diodo emissor de luz (LED) especialmente projetado. Esta técnica, relatado no jornal Nature Communications , poderia ajudar no desenvolvimento dos campos emergentes da comunicação quântica e computação quântica.
Um único fóton, a partícula elementar de luz, pode transportar um pouco de informação quântica por centenas de quilômetros. Portanto, uma fonte que pode gerar fótons únicos é um bloco de construção importante em muitas tecnologias quânticas. Até agora, fontes de fóton único foram feitas em laboratórios de pesquisa a partir de pontos quânticos automontados em semicondutores, ou defeitos estruturais em diamantes. A formação desses pontos e defeitos é um processo aleatório, portanto, é difícil prever a localização e a energia do fóton (ou comprimento de onda) dessas fontes de fóton único. Essa aleatoriedade pode representar um desafio na integração de uma fonte em uma grande rede quântica.
Neste artigo, os pesquisadores mostram que podem gerar um único fóton de uma forma diferente, controlada, caminho, sem a necessidade de um ponto quântico ou defeito, movendo apenas um elétron por vez para recombinar com um 'buraco' (um elétron ausente em uma 'banda' cheia de elétrons).
'Imagine tentar enviar uma mensagem digital disparando uma série de bolas azuis ou vermelhas sobre uma parede da seguinte maneira. Uma esteira rolante com reentrâncias do tamanho de bolas arrasta uma série de bolas brancas encosta acima e as joga de um penhasco no final. Cada bola ganha velocidade à medida que cai, é então borrifado em azul ou vermelho (dependendo da mensagem) conforme salta para o lado e sobre a parede ', explica o Dr. Tzu-Kan Hsiao, quem fez o experimento durante seu doutorado. em Cambridge.
`Os recortes na correia transportadora só podem carregar uma bola cada.
Apenas uma bola é pulverizada por vez, e não há chance de que algumas das bolas sejam interceptadas por um intruso sem que a pessoa na ponta receptora perceba a falta de uma bola, ao passo que se às vezes duas ou mais bolas vêm ao mesmo tempo, o bisbilhoteiro pode pegar bolas estranhas e o receptor nem sabe disso. Dessa forma, parte da mensagem pode ser divulgada involuntariamente. '
'No experimento, fizemos um dispositivo próximo à superfície de arsenieto de gálio (GaAs) usando apenas processos de fabricação compatíveis com a indústria. Este dispositivo consiste em uma região de elétrons próxima a uma região de buracos, e um canal estreito entre ', diz o professor Christopher Ford, líder da equipe de pesquisa.
'Para transportar apenas um elétron de cada vez, lançamos uma onda sonora ao longo da superfície. Em GaAs, uma "onda acústica de superfície" também cria uma onda de potencial elétrico acompanhante, em que cada mínimo potencial carrega apenas um elétron. A onda potencial, como uma correia transportadora, traz elétrons individuais para a região dos buracos, um após o outro. Uma série de fótons individuais é gerada quando cada elétron se recombina rapidamente com um buraco antes que o próximo elétron chegue.
Cada fóton poderia receber uma de duas polarizações para levar uma mensagem de forma que um intruso não pudesse interceptar a mensagem sem ser detectado.
Além de ser uma nova fonte de fóton único, mais importante, pode ser possível, com essa nova técnica, converter o estado de spin de um elétron para o estado de polarização de um fóton. Ao conectar computadores quânticos baseados em semicondutores usando fótons únicos como qubits "voadores", o objetivo ambicioso de construir redes de computação quântica distribuídas em grande escala pode ser alcançado.
