Китайски пробив: Полупроводников източник на фотонни двойки с рекордна чистота от 98,3%

Изследователи от Пекинската академия по квантова информация (BAQIS) разработиха устройство, базирано на полупроводникова квантова точка, способно да генерира фотонни двойки с рекордна за твърдотелните системи чистота. При експериментите 98,3% от събраната светлина е от фотонни двойки, а ефективността на генерирането им е 29,9%.

Устройството се базира на единична квантова точка, поставена в оптичен микрорезонатор с диаметър, по-тънък от човешки косъм. Резонаторът използва ефекта на Пърсел за ускоряване на фотонното излъчване. Ключовото техническо решение е контролът на т.нар. тъмно възбудено състояние: чрез поляризационно селективно възбуждане на p-обвивката с лазерни импулси електронът се прехвърля в дългоживеещо състояние, при което не се излъчва светлина. Когато квантовата точка се запълни с втори електрон, се образува бикситон, който след това се разпада в каскада, освобождавайки два фотона. Измерената стойност на двуфотонната корелация g²(0) е 3,97.

Традиционните източници на фотонни двойки от нелинейни кристали генерират фотони вероятностно и могат случайно да излъчват множество двойки едновременно, което внася шум в квантовите системи. Настоящото устройство е лишено от този недостатък, тъй като използва единичен квантов излъчвател.

Устройството функционира при температури под 10 Келвина. За практически приложения изследователите възнамеряват да повишат работната температура до 77 Келвина – нивото на течния азот. Успоредно с това се търсят и алтернативни полупроводникови материали. Фотонните двойки са търсени в квантовата криптография, квантовите сензори и медицинските изображения.