Недавно исследователи из Университета Райса совместно с сотрудниками из Национальной лаборатории Ок-Ридж и Сиднейского технологического университета совершили важный прорыв, когда они впервые создали низкошумный квантовый излучатель комнатной температуры в гексагональном нитриде бора (h-BN) с помощью технологии масштабируемого роста. Этот результат открывает новые пути для развития квантовых технологий, особенно в области квантовых вычислений и связи.

Как основная единица информации в квантовых вычислениях, надежное генерирование кубитов является ключом к широкомасштабному применению квантовых технологий. Гексагональный нитрид бора, как возможная кубитная платформа, привлек большое внимание из-за его способности нести твердотельные однофотонные излучатели (SPE). SPE-это атомные структуры в твердом материале, способные генерировать отдельные фотоны, которые имеют решающее значение для квантовых вычислений и связи.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследовательская группа использовала технологию импульсного лазерного осаждения (PLD) для синтеза тонких пленок h-BN и специально добавила атомы углерода во время осаждения. Эти атомы углерода вплетены в атомную решетку h-BN, создавая дефекты или неровности, которые могут функционировать как прочные и надежные SPE.

«Наша работа демонстрирует масштабируемый подход к созданию высокопроизводительных SPE в h-BN, что является важным шагом к практическому квантовому источнику света», — говорит постдокторант из Лаборатории инженеров-электриков Университета Райса Арка Чаттерджи. Он подчеркнул, что этот прорыв проложил путь к интеграции квантовых излучателей в фотонные и квантовые информационные системы реального мира.

Чтобы проверить свойства тонких пленок h-BN, легированных углеродом, исследовательская группа провела спектроскопию фотолюминесценции, измерения корреляции фотонов и испытания теоретического моделирования. Результаты анализа показывают, что тонкая пленка h-BN, легированная углеродом, имеет необычайно чистую и стабильную однофотонную эмиссию, которая близка к идеальному состоянию. Эти излучатели также демонстрируют высокую яркость, сильную поляризацию и высокую фотостабильность.

Ожидается, что это открытие позволит интегрировать SPE в квантовые устройства и датчики на основе микросхем, что приведет к трансформации квантовых коммуникаций, обработки информации и технологий зондирования. Профессор Хуан, доцент электротехники и компьютерной инженерии, материаловедения и наноинженерии в Университете Райса, сказал, что сочетание чистоты, масштабируемости и эксплуатационной стабильности устанавливает новый эталон в этой области и решает давние проблемы.