Исследователи из национальной лаборатории Лос-Аламоса создали новый класс квантовых точек с потенциально большими возможностями для медицинской визуализации, квантовой криптографии и квантовых вычислений.

Новый источник одиночных фотонов для квантовой криптографии, кубитов и не только. Уникальность разработки состоит в том, что спектрально чистые одиночные фотоны испускаются при комнатной температуре в широко настраиваемом диапазоне длин волн. В отличие от других излучателей, процессы возможны в обычных условиях окружающей среды, что расширяет их применение.

Именно демонстрация высокой чистоты однофотонов в инфракрасном диапазоне имеет непосредственное применение в таких областях, как квантовое распределение ключей для безопасной связи, объясняет Виктор Климов. Он является ведущим автором статьи, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

Для создания квантовых точек (дотов), испускающих одиночные фотоны, ученые использовали синтез в растворе коллоидных наночастиц. Полученные в ходе химических процессов квантовые точки представляют собой ядро из селенида кадмия в оболочке из сульфида кадмия. Для превращения таких структур в излучатели одиночных фотонов исследователи вставили между оболочкой и ядром прослойку из сульфида ртути. Оказалось, что простое наращивание толщины прослойки дискретно меняет длину волны излучения фотона.

Захари (Зак) Робинсон (слева) и Владимир Саевич (справа) являются частью команды, которая разработала эти квантовые точки, излучающие инфракрасное излучение.

Новые структуры намного превосходят существующие квантовые точки ближнего инфракрасного диапазона, эти новые структуры демонстрируют «немигающее» высокоскоростное излучение на уровне одной точки, почти идеальную однофотонную чистоту при комнатной температуре (которая дает «квантовый свет»). Они стабильны как при оптическом, так и при электрическом возбуждении.

«Это только первый шаг. Чтобы в полной мере использовать „квантовый свет“, необходимо добиться неразличимости фотонов. То есть убедиться, что все испускаемые фотоны квантово-механически идентичны. Это чрезвычайно сложная задача, решением которой мы займемся дальше в нашем проекте», — заключает Виктор Климов.