Para despegar realmente, el procesamiento avanzado de información cuántica requerirá una mejor comprensión experimental de un fenómeno esencial llamado "fotones indistinguibles". Un alto grado de "indistinguibilidad" requiere una superposición casi completa del paquete de ondas o una coincidencia perfecta de fotones,de energía, espacio, tiempo y polarización.
Si bien muchos tipos de emisores de un solo fotón, como los puntos cuánticos de semiconductores, ya han demostrado la generación de fotones indistinguibles, un grupo de investigadores de la Universidad de Tsukuba y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón buscaron utilizar un centro de impurezas de nitrógeno encontrado en III-Los semiconductores compuestos V como una fuente novedosa de un solo fotón. Reportan sus resultados esta semana en la revista letras de física aplicada , de AIP Publishing.
Los centros de luminiscencia de nitrógeno dentro de los semiconductores compuestos III-V, compuestos de elementos en las columnas III y IV de la tabla periódica, como GaAs, muestran un espectro de emisión nítido correspondiente a un estado de energía conocido como "trampa isoelectrónica". Generación de fotón únicode estas trampas isoelectrónicas es altamente deseable debido a la homogeneidad que proporciona, emitiendo fotones desde múltiples centros con la misma energía.
"Nuestros estudios confirmaron que las trampas isoelectrónicas sí tienen un largo tiempo de coherencia, que es una de las condiciones necesarias para crear un fotón indistinguible", dijo Michio Ikezawa, profesor asociado de Ciencias Puras y Aplicadas, Universidad de Tsukuba.
Para el estudio, el grupo evaluó primero la indistinguibilidad de los fotones emitidos desde un centro de luminiscencia en GaAs dopados con delta de nitrógeno por interferencia de dos fotones. También investigaron su dependencia del tiempo, que reveló información importante sobre la escala temporal de la decoherencia dijo otromanera, cuando el sistema cuántico se desdibuja y muestra un comportamiento de estado clásico que puede ser difícil de obtener a través de otros métodos.
Para este trabajo, el "centro de emisión" que actúa como una trampa isoelectrónica está formado por la impureza dentro de GaAs donde el nitrógeno ha reemplazado al arsénico ". Cuando la muestra es fotoexcitada, cada trampa puede capturar un par de agujeros de electrones y emitir un solofotón por una recombinación radiativa de ellos ", dijo Ikezawa.
Estas impurezas de nitrógeno se "dopan dentro de una capa bidimensional muy delgada mediante la llamada técnica de dopaje delta durante el crecimiento de deposición de vapor químico orgánico metálico", dijo Ikezawa. "Con esta técnica, se puede seleccionar un único centro de luminiscenciacon un microscopio óptico convencional "
La medición de la indistinguibilidad ofreció una visión sorprendente. "La indistinguibilidad fue de 0.24, que era independiente del intervalo de tiempo entre 2 y 4 nanosegundos", dijo Ikezawa. "Esto fue algo sorprendente en comparación con estudios previos de puntos cuánticos, y concluimos que hayun mecanismo de eliminación de gases muy rápido dentro de 2 nanosegundos en nuestra muestra "
Los resultados del grupo son importantes no solo porque son la primera demostración de medir la interferencia de dos fotones de fotones indistinguibles creados por centros de impurezas en semiconductores III-IV, sino también porque exploran similitudes y diferencias con puntos cuánticos típicos para mecanismos de decoherencia.
En lo que respecta a las aplicaciones, "los fotones indistinguibles son muy importantes para la tecnología de información cuántica, como la teletransportación cuántica y el cálculo cuántico óptico lineal", dijo Ikezawa. "Nuestro objetivo es poder proporcionar muchas fuentes de fotones que generen fotones indistinguibles en un sistema integradoformar en un chip semiconductor "
Si bien los puntos cuánticos semiconductores se han estudiado intensamente con objetivos similares, "en principio es difícil hacer que la energía de los fotones obtenidos de muchos puntos cuánticos sea la misma para que no se puedan distinguir entre sí", dijo Ikezawa. "La indistinguibilidad obtenidaesta vez no fue lo suficientemente alto. Se cree que fue causado por el mecanismo de relajación de alta velocidad que informamos, por lo que una tarea futura será aclarar el mecanismo y encontrar un método para suprimirlo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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