A fotônica quântica envolve um novo tipo de tecnologia que depende de fótons, a partícula elementar de luz. Esses fótons podem potencialmente transportar bits quânticos de informação a grandes distâncias. Se a fonte de fótons pudesse ser colocada em um único chip e produzida para produzir fótons em alta taxa, isso poderia permitir a comunicação quântica de alta velocidade ou o processamento de informações, que seria um grande avanço nas tecnologias de informação.

Na edição desta semana de Avaliações de Física Aplicada , uma fonte simples de fótons on-chip usando um tipo de material conhecido como metamaterial hiperbólico é proposta. Os pesquisadores realizaram cálculos para mostrar que um protótipo usando o metamaterial hiperbólico disposto de forma precisa pode superar problemas de baixa eficiência e permitir altas taxas de repetição para fontes de fótons no chip.

Até recentemente, fontes de fóton único geralmente são feitas de pontos quânticos automontados em semicondutores ou de materiais, como diamantes, com defeitos estruturais. É difícil, Contudo, para produzir fótons únicos em altas taxas de tais materiais. Algumas abordagens para remediar este problema foram tentadas, Mas por enquanto, os resultados sofrem de largura de banda estreita e baixa eficiência.

Outra forma de abordar esses problemas é usar materiais especiais, como metamateriais, para a fonte de fótons. Metamateriais são pilhas de camadas metálicas e dielétricas, estruturado em um nível muito menor do que o comprimento de onda da luz em uso. Eles exibem propriedades ópticas incomuns quando formados em formas, como nanofios. Os elétrons que fluem através do material configuram uma oscilação coletiva conhecida como plasmon de superfície, geração de campos eletromagnéticos localizados.

Metamateriais hiperbólicos são versões altamente anisotrópicas desses metamateriais. Eles manipulam a luz de várias maneiras. Por exemplo, eles podem encolher o comprimento de onda da luz e permitir que ela viaje livremente em uma direção enquanto a interrompe em outra.

Os pesquisadores propõem uma geometria para sua fonte de fótons no chip, onde um metamaterial hiperbólico é inclinado em um ângulo preciso em relação à faceta final da nanofibra próxima usada para transmitir os fótons emitidos. Ao escolher o ângulo de inclinação com cuidado, reflexos de luz são suprimidos na interface com a fibra.

Os cálculos do grupo mostraram que este arranjo geométrico simples deve superar as limitações anteriores com esses materiais.

A co-autora Lian Shen disse:"Nosso trabalho representa um passo vital em direção à implementação de fontes de fóton único espectralmente amplas com altas taxas de repetição para redes quânticas on-chip."