p A ciência e a tecnologia da informação quântica emergiram como um novo paradigma para computação dramaticamente mais rápida e comunicação segura no século XXI. No coração de qualquer sistema quântico está o bloco de construção mais básico, o bit quântico ou qbit, que carrega a informação quântica que pode ser transferida e processada (este é o análogo quântico do bit usado nos sistemas de informação atuais). O qbit portador mais promissor para, em última análise, rápido, a transferência de informações quânticas de longa distância é o fóton, a unidade quântica de luz. p O desafio que os cientistas enfrentam é produzir fontes artificiais de fótons para várias tarefas de informação quântica. Um dos maiores desafios é o desenvolvimento de sistemas eficientes, fontes escalonáveis ​​de fótons que podem ser montadas em um chip e operar em temperatura ambiente. A maioria das fontes usadas em laboratórios hoje tem que ser muito fria (na temperatura do Hélio líquido, cerca de -270C), que requer refrigeradores grandes e caros. Muitas fontes também emitem fótons em direções indefinidas, tornando a coleta eficiente um problema difícil.

p Agora, uma equipe de cientistas da Universidade Hebraica de Jerusalém demonstrou uma fonte de fóton único eficiente e compacta que pode operar em um chip em temperatura ambiente. Usando minúsculos nanocristais feitos de materiais semicondutores, os cientistas desenvolveram um método no qual um único nanocristal pode ser posicionado com precisão no topo de uma nano-antena especialmente projetada e fabricada com cuidado.

p Da mesma forma, grandes antenas em telhados direcionam a emissão de ondas de rádio clássicas para transmissões de celular e satélite, a nano-antena direcionou com eficiência os fótons emitidos pelos nanocristais em uma direção bem definida no espaço. Este dispositivo combinado de nanocristais-nanoantena foi capaz de produzir um fluxo altamente direcional de fótons individuais, todos voando na mesma direção com um ângulo de divergência baixo recorde. Esses fótons foram coletados com uma configuração ótica muito simples, e enviado para ser detectado e analisado usando detectores de fóton único.

p A equipe demonstrou que este dispositivo híbrido aumenta a eficiência de coleta de fótons únicos em mais de um fator de 10 em comparação com um único nanocristal sem a antena, sem a necessidade de sistemas de coleta ótica complexos e volumosos usados ​​em muitos outros experimentos. Resultados experimentais mostram que quase 40% dos fótons são facilmente coletados com um aparelho óptico muito simples, e mais de 20% dos fótons são emitidos em uma abertura numérica muito baixa, uma melhoria de 20 vezes em relação a um ponto quântico independente, e com probabilidade de mais de 70% para a emissão de um único fóton. A pureza de fóton único é limitada apenas pela emissão do metal, um obstáculo que pode ser contornado com um design e fabricação cuidadosos.

p As antenas foram fabricadas usando camadas metálicas e dielétricas simples usando métodos que são compatíveis com as tecnologias de fabricação industrial atuais, e muitos desses dispositivos podem ser fabricados densamente em um pequeno chip. A equipe está agora trabalhando em uma nova geração de dispositivos aprimorados que permitirão a produção determinística de fótons individuais direto do chip para as fibras ópticas, sem quaisquer componentes ópticos adicionais, com uma eficiência próxima da unidade.

p "Esta pesquisa abre um caminho promissor para uma alta pureza, alta eficiência, fonte de fóton único no chip operando em temperatura ambiente, um conceito que pode ser estendido a muitos tipos de emissores quânticos. Uma fonte de fóton único altamente direcional pode levar a um progresso significativo na produção de compactos, barato, e fontes eficientes de bits de informação quântica para futuras aplicações tecnológicas quânticas ", disse o Prof. Ronen Rapaport, do Instituto de Física Racah, O Departamento de Física Aplicada, e o Centro de Nanociência e Nanotecnologia da Universidade Hebraica de Jerusalém.

p O estudo está publicado no Nano Letras .