Созданы первые квантовые источники света

Международная группа ученых смогла разместить источники света в атомарно тонких слоях материала с точностью всего в несколько нанометров.

В традиционных квантовых чипах носители информации — электроны. Но более быстрыми в плане передачи сигнала могут быть фотоны, которые способны перемещаться со скоростью света. Однако реализация передачи информации с помощью квантов света оказывается сложной при контроле точности передачи сигнала и количества фотонов, вылетающих в единицу времени.

Ученые из Мюнхенского технического университета совместно с коллегами из других стран попытались решить эту проблему. Они создали источники света толщиной в несколько атомов и смогли разместить их на поверхности с точностью в несколько нанометров. Критическим здесь стало именно контролируемое размещение источников света. Можно создавать квантовые источники света в обычных трехмерных материалах, таких как алмаз или кремний, но они не могут быть точно помещены в эти структуры.

В качестве исходного материала физики использовали слой полупроводникового дисульфида молибдена (MoS2) толщиной всего в три атома. Они облучали его пучком ионов гелия, который фокусировался на площади поверхности менее одного нанометра. Это позволило точечно выбить из материала один-два атома серы или молибдена и создать таким образом дефект. Такой дефект представляет собой ловушку для экситонов — квазичастиц, объединяющих электрон и дырку, — которые могут испускать фотоны при подаче электрического тока.

Команда ученых разработала модель, которая также теоретически описывает энергетические состояния, наблюдаемые в этих дефектах. В будущем исследователи хотят создать более сложные картины источника света — например, в боковых двумерных структурах решетки, — чтобы таким образом исследовать мультиэкситонные явления или экзотические свойства материалов.

По словам ученых, созданные ими источники света возможно применить не только в теоретических исследованиях, но и использовать в квантовых вычислениях. Поскольку источники света всегда имеют один и тот же основной дефект в материале, они теоретически неразличимы. Это позволяет делать их квантово запутанными. Как заявляют авторы работы, благодаря высокой чувствительности таких источников света они могут стать основой квантовых датчиков для смартфонов и чрезвычайно безопасных технологий шифрования для передачи данных.