Ingenieros de la Universidad Rice han demostrado una forma de controlar las propiedades ópticas de… Defectos atómicos en Silicona Materiales conocidos como centros TLo que allana el camino para aprovechar estos defectos puntuales para construir tecnología cuántica. Contrato Para redes cuánticas a gran escala.

«Los centros T son una especie de defecto atómico en la red regular del silicio», dijo. Song Tao Chen, Profesor Asistente de Ingeniería Eléctrica e Informática. “Los centros T han generado mucho interés últimamente porque muestran su potencial cúbit Los componentes básicos de las redes cuánticas. Emiten fotones individuales en una longitud de onda útil para aplicaciones de comunicaciones, pero adolecen de una baja tasa de emisión de fotones.

La emisión espontánea, el fenómeno detrás del familiar brillo de una luciérnaga u otros efectos que brillan en la oscuridad, describe el proceso mediante el cual un sistema mecánico cuántico, como una molécula, un átomo o una partícula subatómica, pasa a un estado de menor energía. liberando parte de su energía en forma de fotón. Mejorar la tasa de emisión espontánea en los centros T es uno de los obstáculos que los científicos deben superar para que los qubits basados ​​en centros T sean viables.

Al integrar el centro T en un circuito fotónico integrado, Song Tao y su equipo aumentaron la eficiencia de recolección de la emisión de fotón único del centro T en dos órdenes de magnitud en comparación con los experimentos típicos de tipo confocal. de acuerdo a estudiar Publicado en la revista Nature Communications, el equipo demostró que el emparejamiento con A cristal óptico La cavidad aumenta la tasa de emisión de fotones del centro T en un factor de siete, explotando un fenómeno conocido como efecto Purcell.

«El objetivo de nuestro experimento era demostrar la capacidad de modificar las propiedades ópticas de los centros T individuales en el silicio», dijo Rice, estudiante de posgrado y coautor del estudio. Yoo Eun Woong. “Resulta que la estructura de la cavidad óptica afecta la tasa de emisión de fotones en el centro T. Al medir la tasa con y sin interacción de la cavidad, pudimos medir la fuerza del acoplamiento entre la cavidad y el centro T. centro.

El acoplamiento entre la estructura de la cavidad óptica y el centro T se vuelve más fuerte a medida que intercambian energía fotónica con mayor velocidad, lo que reduce el tiempo de almacenamiento de energía en el centro T.

«Esto se conoce como efecto Purcell», dijo Rice, estudiante de posgrado y coautora del estudio. Adam Johnston. «Lo que hemos demostrado aquí es que podemos implementar el efecto Purcell para lograr la emisión de fotón único más pura entre todos los centros de color en silicio hasta la fecha y la mayor mejora de la emisión de fotones para un solo centro T».

Este descubrimiento se considera un paso importante hacia el progreso. Redes cuánticasque se basa en las propiedades cuánticas de los fotones para cifrar información, lo que permite una informática más potente y una seguridad mejorada.

«La seguridad de las comunicaciones cuánticas está garantizada por los fundamentos de la mecánica cuántica, lo que permite detectar intrusos con una alta probabilidad y mejorar así la protección de datos sensibles», afirmó el coautor. Ulises Félix Rendónquien, junto con Johnston y Wong, está cursando un doctorado. Física Aplicada como parte de Laboratorio Chen.

«Empresas como Google e IBM han demostrado ventajas significativas de las computadoras cuánticas sobre sus contrapartes clásicas», dijo Félix Rendón. «Sin embargo, muchas de las computadoras cuánticas más avanzadas del mundo se limitan a enviar información a través de cables enfriados a bajas temperaturas, lo que limita la escalabilidad de estos sistemas. Esperamos que nuestro trabajo sea útil en el desarrollo de redes cuánticas para conectar computadoras cuánticas de forma remota y evitar Barreras Tendencias actuales en tecnología cuántica.

Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias (2238298) y la Fundación Robert A. Welch (C-2134) y el Fondo de Iniciativa Universitaria Rice. Los autores también reconocen el uso de instalaciones de sala limpia respaldadas por la Autoridad Conjunta de Equipos en Rice.

Documento de revisión por pares:

«Fuente atómica de comunicación acoplada por cavidad en silicio» | Comunicaciones de la naturaleza | doi: 10.1038/s41467-024-46643-8

Autores: Adam Johnston, Ulysses Felix-Rendon, Yu-In Wong, Songtao Chen

https://doi.org/10.1038/s41467-024-46643-8

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Leyenda: Chip de silicio fotónico cuántico basado en el centro T utilizado en este estudio. (Foto de Gustavo Raskoski/Universidad de Rice)

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LEYENDA: El equipo de la Universidad Rice (de izquierda a derecha) Adam Johnston, Song-Tao Chen, Ulysses Felix Rendon y Yu In Wong demostraron interacciones de fotomateria mejoradas por cavidades para centros T individuales, lo que permite la aceleración de un fotón único de la tasa de emisión de un centro T único. . (Foto de Gustavo Raskoski/Universidad de Rice)

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PIE DE LEYENDA: Los estudiantes graduados en física aplicada de la Universidad Rice (de izquierda a derecha) Adam Johnston, Ulysses Felix Rendon y Yu-In Wong trabajan en el laboratorio de Songtao Chen en proyectos relacionados con el trabajo publicado. (Foto de Gustavo Raskowski/Universidad Rice)

Enlaces:

El laboratorio de Chen: https://chenlab.rice.edu/

Iniciativa Cuántica: https://quantum.rice.edu/

Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática: https://eceweb.rice.edu/

universidad george r. Ingeniería Marrón: https://engineering.rice.edu/

Programa de Posgrado en Física Aplicada: https://appliedphysics.rice.edu/

Instituto Smalley Curl: https://sci.rice.edu/