来自用于量子技术的可拉伸原子片的光

来自悉尼科技大学 (UTS) 和澳大利亚国立大学 (ANU) 的一组澳大利亚科学家认为,他们已经开发出一种方法来解决量子材料领域长达数十年的挑战——拟议量子光源的光谱调谐.

研究人员表示,他们的结果使用原子级薄材料六方氮化硼,在理解二维材料中量子系统的光-物质相互作用方面迈出了重要的一步,并朝着用于量子技术的可扩展片上设备迈进了一步。该研究发表在Advanced Materials 上。

微调量子光颜色的能力已被提议作为开发量子网络架构的关键步骤,其中利用光子(光的基本构建块)作为量子信使在远距离站点之间进行通信。

科学家们利用了六方氮化硼(也称为“白色石墨烯”)的极端拉伸性。在某种程度上,他们能够证明原子级薄量子系统的最大光谱、颜色调整范围的世界纪录。

第一作者,悉尼科技大学博士 候选人诺亚·门德尔森说,光谱调谐方面的显着改善几乎是一个数量级,这将激发学术和工业团体“致力于开发量子网络和相关量子技术”的兴趣。

“这种材料是在 UTS 的实验室中生长的,其中存在一些原子级‘晶体错误’,它们是超亮且极其稳定的量子源。

“通过拉伸原子级薄的材料以引起量子源的机械膨胀,这反过来导致量子光源发出的颜色的显着调谐范围,”他说。

“当六方氮化硼被拉伸到只有几个原子层厚时,发射的光开始从橙色变为红色,就像圣诞树上的 LED 灯一样,但在量子领域,”UTS 博士说。候选人诺亚·门德尔森。

“从基本的角度来看,在量子水平上看到这种颜色调整不仅是一项了不起的壮举,而且还揭示了量子科学和量子工程领域的许多潜在应用,”他补充道。

与用作量子光源的其他纳米材料(如金刚石、碳化硅或氮化镓)不同,六方氮化硼不脆,并具有范德华晶体独特的可拉伸机械性能。

“我们一直对六方氮化硼的优异性能感到惊讶,无论是机械、电气还是光学。这些性能不仅可以实现独特的物理实验,而且还可以在不久的将来为大量实际应用打开大门,”说UTS 教授 Igor Aharonovich 是这项工作的资深作者,也是 ARC 转型超光学材料 (TMOS) 卓越中心的首席研究员。

由 Trong Toan Tran 博士领导的悉尼科技大学实验物理学家团队认为,他们从对奇异现象的第一次观察开始就发现了一些非常有趣的东西。

“我们迅速与该领域世界领先的理论物理学家之一,ANU 的 Marcus Doherty 博士合作,试图了解导致令人印象深刻的色彩调整范围的潜在机制。UTS 和 ANU 之间的共同努力导致了完全理解的现象,完全支持一个强大的理论模型,“Toan Tran 博士说。

该团队现在正在准备他们的后续工作:实现一项原理验证实验,该实验涉及将来自六方氮化硼中的两个拉伸量子源的两个最初不同颜色的光子纠缠在一起,形成一个量子位或(qubit)——建筑物量子网络块。

“我们认为我们工作的成功为多个基础物理实验开辟了新的途径,可以为未来的量子互联网奠定基础,”Toan Tran 博士总结道。

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