Nuevos metales iluminan el camino para el control avanzado de la emisión cuántica

8 de agosto de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

verificado

publicación revisada por pares

fuente confiable

corregir

por la Academia China de Ciencias

La emisión cuántica es fundamental para la realización de tecnologías cuánticas fotónicas. Los emisores de fotón único (SPE) de estado sólido, como los defectos de nitruro de boro hexagonal (hBN), funcionan a temperatura ambiente. Son muy deseables por su robustez y brillo.

La forma convencional de recolectar fotones de SPEs se basa en una lente objetivo de alta apertura numérica (NA) o antenas microestructuradas. Si bien la eficiencia de la recolección de fotones puede ser alta, estas herramientas no pueden manipular las emisiones cuánticas. Se requieren múltiples elementos ópticos voluminosos, como polarizadores y placas de fase, para lograr cualquier estructuración deseada de la fuente de luz cuántica emitida.

En un nuevo artículo publicado en eLight, un equipo internacional de científicos dirigido por los doctores Chi Li y Haoran Ren de la Universidad de Monash ha desarrollado nuevos metalentes multifuncionales para estructurar las emisiones cuánticas de las SPEs.

La capacidad de transformar arbitrariamente un haz óptico en diferentes formas espaciales es esencial para las fuentes de luz cuánticas. Las metasuperficies han transformado el panorama del diseño fotónico. Ha dado lugar a importantes avances tecnológicos, desde imágenes ópticas y holografía hasta LiDAR y detección molecular.

Recientemente, se ha diseñado la integración directa de emisores a nanoescala en resonadores y metasuperficies nanoestructurados para recopilar y demostrar la adaptación básica de la emisión de SPE. Estas demostraciones iniciales constituyeron la necesidad de que la óptica plana avanzara en la manipulación de la emisión cuántica.

El equipo de investigación ha abordado este problema diseñando y diseñando una lente metálica multifuncional. La nueva metalente fue fabricada por los físicos coreanos Dr. Jaehyuck Jang y Trevon Badloe y el profesor Junsuk Rho de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang. Puede adaptar simultáneamente los grados de libertad de direccionalidad, polarización y momento angular orbital (OAM). Utilizaron los metalentes para demostrar una estructuración multidimensional de la emisión cuántica de SPE en hBN, operando a temperatura ambiente.

El equipo demostró una configuración arbitraria de la direccionalidad de la emisión cuántica. También demostraron que se podrían agregar diferentes frentes de onda helicoidales al perfil de la lente metálica, lo que llevaría a la generación de modos OAM distintivos en polarizaciones ortogonales de SPE. El innovador trabajo experimental se realizó en la Universidad Tecnológica de Sydney y en TMOS (un Centro de Excelencia del Consejo Australiano de Investigación) dirigido por el profesor Igor Aharonovich.

La configuración del frente de onda arbitraria demostrada de la emisión cuántica en múltiples grados de libertad podría liberar todo el potencial de las SPE de estado sólido para ser utilizadas como fuentes cuánticas de alta dimensión para aplicaciones fotónicas cuánticas avanzadas.

La nueva tecnología del equipo ofrece una nueva plataforma para utilizar metaóptica ultrafina para la conformación de frentes de onda arbitrarios de emisiones cuánticas en múltiples grados de libertad a temperatura ambiente. Puede proporcionar nuevos conocimientos sobre el campo de la ciencia de la información cuántica. El equipo cree que la manipulación de las polarizaciones de los fotones puede tener un impacto significativo en la criptografía cuántica y la distribución del entrelazamiento con un filtrado mejorado. La separación de polarización es vital para el uso futuro de hBN SPE para la generación de pares de fotones entrelazados por polarización.

La futura extensión de los metalentes podría permitir la generación de estados cuánticos híbridos de fotón único de alta dimensión. Cualquier integración futura de fuentes SPE estructuradas con un entorno de transmisión confiable, como fibras ópticas, podría prometer una red cuántica con mayor capacidad de información, robustez al ruido y mejor seguridad.

Más información: Chi Li et al, Emisión cuántica estructurada arbitrariamente con metalens multifuncionales, eLight (2023). DOI: 10.1186/s43593-023-00052-4

Información de la revista:eLight

Proporcionado por la Academia China de Ciencias