A tecnologia quântica é uma grande promessa:daqui a alguns anos, espera-se que os computadores quânticos revolucionem as pesquisas de banco de dados, Sistemas de IA, e simulações computacionais. Já hoje, a criptografia quântica pode garantir a transferência de dados absolutamente segura, embora com limitações. A maior compatibilidade possível com nossos eletrônicos atuais baseados em silício será uma vantagem chave. E é precisamente aí que os físicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e TU Dresden fizeram um progresso notável:a equipe projetou uma fonte de luz baseada em silício para gerar fótons únicos que se propagam bem nas fibras de vidro.

A tecnologia quântica depende da capacidade de controlar o comportamento das partículas quânticas da forma mais precisa possível, por exemplo, bloqueando átomos individuais em armadilhas magnéticas ou enviando partículas de luz individuais - chamadas fótons - através de fibras de vidro. Este último é a base da criptografia quântica, um método de comunicação que é, em princípio, à prova de derivação:qualquer pretenso ladrão de dados interceptando os fótons inevitavelmente destrói suas propriedades quânticas. Os remetentes e destinatários da mensagem perceberão isso e podem interromper a transmissão comprometida a tempo.

Isso requer fontes de luz que fornecem fótons únicos. Esses sistemas já existem, especialmente baseado em diamantes, mas eles têm uma falha:"Essas fontes de diamante só podem gerar fótons em frequências que não são adequadas para transmissão de fibra óptica, "explica o físico do HZDR, Dr. Georgy Astakhov." O que é uma limitação significativa para o uso prático. "Portanto, Astakhov e sua equipe decidiram usar um material diferente - o silício de material de base eletrônica testado e comprovado.

100, 000 fótons únicos por segundo

Para fazer com que o material gere os fótons infravermelhos necessários para a comunicação de fibra óptica, os especialistas o submeteram a um tratamento especial, atirando carbono seletivamente no silício com um acelerador no HZDR Ion Beam Center. Isso criou o que é chamado de centros G no material - dois átomos de carbono adjacentes acoplados a um átomo de silício formando uma espécie de átomo artificial.

Quando irradiado com luz laser vermelha, este átomo artificial emite os fótons infravermelhos desejados em um comprimento de onda de 1,3 micrômetros, uma frequência perfeitamente adequada para transmissão de fibra óptica. "Nosso protótipo pode produzir 100, 000 fótons únicos por segundo, "Relatórios Astakhov." E é estável. Mesmo depois de vários dias de operação contínua, não observamos qualquer deterioração. "No entanto, o sistema só funciona em condições extremamente frias - os físicos usam hélio líquido para resfriá-lo a uma temperatura de 268 graus Celsius negativos.

"Pudemos mostrar pela primeira vez que uma fonte de fóton único baseada em silício é possível, "O colega de Astakhov, Dr. Yonder Berencén, tem o prazer de relatar." Isso basicamente torna possível integrar essas fontes com outros componentes ópticos em um chip. "Entre outras coisas, seria interessante acoplar a nova fonte de luz a um ressonador para resolver o problema de que os fótons infravermelhos em grande parte emergem da fonte aleatoriamente. Para uso em comunicação quântica, Contudo, seria necessário gerar fótons sob demanda.

Fonte de luz em um chip

Este ressonador pode ser ajustado para atingir exatamente o comprimento de onda da fonte de luz, o que permitiria aumentar o número de fótons gerados a ponto de estarem disponíveis a qualquer momento. “Já foi comprovado que tais ressonadores podem ser construídos em silício, "relata Berencén." O elo que faltava era uma fonte baseada em silício para fótons individuais. E é exatamente isso que agora conseguimos criar. "

Mas antes que eles possam considerar aplicações práticas, os pesquisadores do HZDR ainda precisam resolver alguns problemas - como uma produção mais sistemática das novas fontes de fóton único de telecomunicações. “Tentaremos implantar o carbono no silício com maior precisão, "explica Georgy Astakhov." HZDR com seu Ion Beam Center fornece uma infraestrutura ideal para concretizar ideias como esta. "