*과학자들은 초트라틴 양자 광원의 개발에 획기적인 혁신을 해왔으며, 흥분성 상호 작용이 어떻게 얽힌 광자 생성의 효율을 크게 향상시킬 수 있는지를 보여줍니다.*.
양자 광원은 양자 컴퓨팅, 양자 통신 및 양자 계측과 같은 다양한 양자 기술에서 중요한 구성 요소입니다. 이 소스는 얽힌 광자를 방출합니다. 즉, 그들의 특성은 고전 물리학으로 설명 할 수없는 방식으로 연결되어 있습니다. 이 얽힘은 많은 양자 기술의 기본 자원이며 안전한 커뮤니케이션 및 고정밀 측정과 같은 작업을 가능하게합니다.
전통적으로, 얽힌 광자는 일반적으로 수 밀리미터 두께의 부피가 큰 비선형 결정을 사용하여 생성됩니다. 이 결정은 높은 펌프 전력을 필요로하며 효율이 낮아서 실제 응용을 제한합니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 연구원들은 초박형 양자 광원을 탐색하여 작고 효율적이며 확장 가능한 장치의 잠재력을 제공합니다.
저널 Nature Photonics 에 발표 된 최근 연구에서 , 도쿄 대학, 국립 재료 과학 연구소 (NIMS) 및 일본의 전기 공산 대학의 과학자들은 흥분성 상호 작용이 초음파 양자 광원에서 얽힌 광자 생성의 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 보여주었습니다.
Yasuhiko Arakawa 교수가 이끄는이 팀은 갈륨 아르 세 나이드 (GAA)와 알루미늄 아르 세나이드 (ALA)의 교대 층으로 구성된 초트라틴 반도체 이종 구조를 제작했습니다. 이 이종 구조는 강한 흥분성 상호 작용을 나타내며, 여기서 반도체 재료의 전자와 구멍은 엑시톤이라는 결합 된 상태를 형성합니다. 엑시톤은 빛의 상호 작용을 향상시키고 광자 생성의 효율을 향상시키기 위해 악용 될 수있는 뚜렷한 특성을 갖는다.
이종 구조의 두께와 구성을 신중하게 설계함으로써 연구자들은 얽힌 광자의 매우 효율적인 생성을 달성 할 수있었습니다. 그들은 흥분성 상호 작용이없는 기존의 초트라틴 양자 광원과 비교하여 얽힌 광자의 방출 속도가 크게 증가한 것을 관찰했다.
향상된 효율은 퍼셀 효과에 기인하며, 이는 공진 광학 공동의 존재 하에서 자발적 방출 속도의 수정을 설명한다. 초박형 이종 구조에서, 엑시톤은 국소 방출기로서 작용하고 강한 흥분성 상호 작용은 퍼셀 효과에 유리한 환경을 만듭니다. 이것은 얽힌 광자의 더 빠르고 효율적인 방출로 이어집니다.
이 연구는 초박형 양자 광원의 개발에서 중요한 발전을 나타냅니다. 이 초음파 구조에서 얽힌 광자의 효율적인 생성은 소형의 고성능 양자 장치의 실현을위한 길을 열고 양자 정보 처리 및 통신 기술을위한 새로운 가능성을 열어줍니다.
Arakawa 교수는“우리의 연구 결과는 실제 양자 광원 개발을위한 유망한 경로를 제공합니다. "흥분성 상호 작용을 활용함으로써, 우리는 초트라틴 반도체에서 효율적인 얽힌 광자를 달성하여 미래 양자 기술을위한 양자 장치의 소형화 및 통합을 가능하게 할 수 있습니다."
