Um estudo recente revelou um avanço significativo em direção à integração no chip de fontes de fóton único em temperatura ambiente. Essa conquista representa um avanço significativo no campo da fotônica quântica e é promissora para diversas aplicações, incluindo computação quântica, criptografia e detecção.



A principal inovação está na implementação de uma antena híbrida metal-dielétrica bullseye, que oferece excepcional direcionalidade de fótons. Este novo design de antena permite a retroexcitação eficiente de fótons, colocando o emissor dentro de um orifício de comprimento de onda posicionado no centro da antena. Esta configuração permite a retroexcitação direta e o acoplamento frontal altamente eficiente de emissão para ópticas de baixa abertura numérica ou fibras ópticas.

O estudo demonstra a versatilidade deste conceito ao fabricar dispositivos contendo pontos quânticos coloidais ou nanodiamantes contendo centros de lacunas de silício, ambos excelentes emissores de fótons únicos, mesmo em temperatura ambiente. Esses emissores foram posicionados com precisão usando dois métodos distintos de nanoposicionamento.

Notavelmente, ambos os tipos de dispositivos retroexcitados exibiram eficiências de coleta frontal de aproximadamente 70% em aberturas numéricas tão baixas quanto 0,5. Isso significa que é possível usar elementos ópticos muito simples e compactos e ainda coletar a maioria dos fótons no canal desejado ou enviar com precisão os fótons emitidos para uma fibra óptica próxima, sem a necessidade de qualquer acoplamento óptico adicional.

Este é um ingrediente chave na integração de fontes de luz quântica em sistemas quânticos reais. Este processo simplificado promete simplificar os esforços futuros de integração e acelerar a realização de dispositivos fotônicos quânticos práticos.

O artigo de pesquisa intitulado "Fontes de fóton único acopladas a fibra à temperatura ambiente baseadas em pontos quânticos coloidais e centros SiV em nanoantenas retroexcitadas" foi publicado em Nano Letters .

O trabalho foi liderado por Boaz Lubotzky durante seu doutorado. pesquisa, junto com o Prof. Ronen Rapaport do Instituto de Física Racah da Universidade Hebraica de Jerusalém, em colaboração com equipes do Laboratório Nacional de Los Alamos e da Universidade de Ulm na Alemanha.

Lubotzky comentou sobre a importância desta conquista, afirmando:"Ao superar os principais desafios associados à integração no chip de fontes de fóton único, abrimos novas e excitantes possibilidades para o desenvolvimento de tecnologias quânticas avançadas."

A integração bem-sucedida de fontes de fóton único em minúsculos chips à temperatura ambiente, alcançada através do uso inovador de uma antena híbrida metal-dielétrica bullseye, tem aplicações imediatas no avanço da criptografia quântica para comunicação segura, melhorando tecnologias de detecção e simplificando o processo de integração para dispositivos fotônicos quânticos práticos.

As descobertas do estudo abrem portas para aplicações comerciais e para o desenvolvimento de novos produtos no crescente campo das tecnologias quânticas.

Mais informações: Boaz Lubotzky et al, Fontes de fóton único acopladas a fibra à temperatura ambiente baseadas em pontos quânticos coloidais e centros SiV em nanoantenas retroexcitadas, Nano Letras (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03672
Informações do diário: Nanoletras

Fornecido pela Universidade Hebraica de Jerusalém