Pesquisadores do CRANN e da Escola de Física da Trinity criaram um novo dispositivo inovador que emitirá partículas únicas de luz, ou fótons, de pontos quânticos que são a chave para computadores quânticos práticos, comunicações quânticas, e outros dispositivos quânticos.

A equipe fez uma melhoria significativa em projetos anteriores em sistemas fotônicos por meio de seu dispositivo, que permite controláveis, emissão direcional de fótons únicos e que produz estados emaranhados de pares de pontos quânticos.

Qubits e a promessa da computação quântica

A promessa dos computadores quânticos alavanca as propriedades dos bits quânticos - "qubits" - para executar cálculos. Os computadores atuais processam e armazenam informações em bits de 0s ou 1s, enquanto os qubits podem ser 0 e 1 simultaneamente. Isso significa que os computadores quânticos terão muito mais poderes computacionais do que os computadores clássicos.

Os cientistas estão explorando diferentes opções e designs para tornar a computação quântica uma realidade viável. Uma ideia proposta utiliza sistemas fotônicos, fazendo uso de propriedades quânticas de luz em nanoescala, como qubits. A equipe da Trinity explora esse sistema em seu artigo publicado recentemente no jornal de alto nível Nano Letras .

Seu sistema utiliza fótons únicos de luz emitida de forma controlada no tempo e no espaço por emissores quânticos (materiais em nanoescala conhecidos como pontos quânticos). Para aplicações como computação quântica, é necessário controlar as emissões desses pontos e produzir o emaranhamento quântico de emissão dos pares desses pontos.

O emaranhamento quântico é uma propriedade fundamental da mecânica quântica e ocorre quando um par ou grupo de partículas está mecanicamente ligado de forma que o estado quântico de cada partícula do par não pode ser descrito independentemente do estado das outras. Essencialmente, dois pontos quânticos emaranhados podem emitir fótons emaranhados.

Professor John Donegan, CRANN e a Escola de Física da Trinity, disse:

"O dispositivo funciona colocando uma ponta de metal a poucos nanômetros de uma superfície contendo os pontos quânticos. A ponta é excitada pela luz e produz um campo elétrico de intensidade tão grande que pode aumentar muito o número de fótons emitidos pelos pontos . Este campo forte também pode acoplar a emissão de pares de pontos quânticos, emaranhar seus estados de uma forma que é exclusiva dos emissores quânticos de luz. "

A outra vantagem significativa é o mecanismo pelo qual o dispositivo funciona sobre os dispositivos fotônicos de última geração para aplicações de computação quântica.

Professor Ortwin Hess, Professor de Nanofotônica Quântica na Escola de Física da Trinity e CRANN, adicionado:

"Ao escanear a ponta de metal sobre a superfície que contém os pontos quânticos, podemos gerar a emissão de um único fóton conforme necessário. Esse dispositivo é muito mais simples do que os sistemas atuais que tentam consertar uma ponta de metal, ou uma cavidade, nas proximidades de um ponto quântico. Esperamos agora que este dispositivo e sua operação tenham um efeito notável na pesquisa de emissores quânticos para tecnologias quânticas. "

A colaboração entre os professores Hess e Donegan começou enquanto o professor Hess estava no Imperial College London e continuará com sua recente nomeação para a Trinity através do Programa de Professores de Pesquisa do SFI.

A equipe planeja fabricar dispositivos que demonstrarão emissão controlada de fóton único e contribuirão fortemente para o esforço de pesquisa em tecnologias quânticas na Irlanda.