Молекулярное покрытие очищает шумный квантовый свет: для журналистов

1759515028
2025-10-03 18:00:00

• · Квантовые технологии нуждаются в одной частицы света или фотона, одновременно
• · Источники квантового света также требуют, чтобы каждый фотон был идентичным по энергии
• · Новое листовое покрытие защищает источники от загрязнения, улучшая спектральную чистоту

Эванстон, штат Иллинойс — Квантовые технологии требуют совершенства: один фотон за раз, каждый раз, все с одинаковой энергией. Даже крошечные отклонения в количестве или энергии фотонов могут сорвать устройства, угрожая производительности квантовых компьютеров, которые когда -нибудь могут составить квантовый интернет.

Хотя этот уровень точности трудно достичь, инженеры Северо -Западного университета разработали новую стратегию, которая делает квантовые источники света, которые распределяют отдельные фотоны, более последовательные, точные и надежные.

В новом исследовании команда покрыла атомно тонкий полупроводник (вольфрамовый дискетенид) с помощью листовой органической молекулы, называемой PTCDA. Покрытие трансформировало поведение вольфрамового дискетенида – превращая шумные сигналы в чистые всплески одиночных фотонов. Мало того, что покрытие увеличивало спектральную чистоту фотонов на 87%, но также сместило цвет фотонов контролируемым образом и снизил энергию активации фотонов – все это без изменения полупроводниковых свойств материала.

Простой, масштабируемый метод может проложить путь для надежных, эффективных квантовых технологий для безопасных коммуникаций и ультра-препаратных датчиков.

Исследование будет опубликовано в пятницу (3 октября) в журнале Science Advances.

«Когда есть дефекты, такие как отсутствующие атомы, в вольфрамовом дискетениде, материал может излучать отдельные фотоны», – сказал Северо -Западный Марк С. Херсамсоответствующий автор исследования. «Но эти точки однофотонного излучения изысканно чувствительны к любым загрязняющим веществам из атмосферы. Даже кислород в воздухе может взаимодействовать с этими квантовыми излучателями и изменять их способность производить идентичные отдельные фотоны. Любая изменчивость в количестве или энергии испускаемых фотонов ограничивает производительность эмитировки.

Херсам является председателем Департамента материаловедения и инженерии, а также Уолтер П. Мерфи профессор материаловедения и техники на северо -западе Школа техники МаккормикаПолем Он также является директором Научный и инженерный центр материалов и член исполнительного комитета для Институт квантовой информации и инженерииПолем

Поскольку эти, казалось бы, футуристические технологии приближаются к реальности, исследователи изо всех сил пытались разработать яркие и чистые источники фотонов – каждый раз доставляя один идентичный фотон по требованию.

В новом исследовании Hersam и его команда сосредоточились на двухмерном полупроводниковом вольфрамовом диселениде, который может иметь дефекты атомного масштаба, которые выделяют отдельные фотоны. Поскольку вольфрамовый дискетенид атомно тонкий, его дефекты и излучатели находятся прямо на поверхности, оставляя их воздействием нежелательных взаимодействий с атмосферными загрязнениями. Эта восприимчивость к изменчивости от случайных атмосферных видов ограничивает надежность вольфрамового диселенида для точных операций, необходимых в квантовых устройствах.

Чтобы преодолеть эти проблемы, команда Херсама покрыла обе стороны вольфрамового дискетенида PTCDA (перилентетракарбоновый диангидрид), органическая молекула, часто встречающаяся в пигментах и красителях. Команда откладывала молекулы в вакуумной камере по одному молекулярному слою за раз, что гарантировало, что покрытие оставалось равномерным. Молекулярное покрытие защищало поверхность вольфрамового рассеяния и его квантовые излучающие дефекты, не изменяя ее электронную структуру.

«Это молекулярно-идеальное покрытие, которое представляет собой равномерную среду для однофотонных сайтов»,-сказал Херсам. «Другими словами, покрытие защищает чувствительные квантовые излучатели от повреждения атмосферными загрязнениями».

Защивывая материал от нарушений окружающей среды, покрытие значительно улучшило спектральную чистоту фотонов. Покрытие также привело к переходу фотонов на более низкую энергию, что выгодно в квантовых устройствах связи. Результатом является более контролируемый, воспроизводимый и более качественный однофотонный выход, который имеет решающее значение для квантовых технологий.

«В то время как покрытие действительно взаимодействует с квантовыми излучающими дефектами, оно однородное сдвигает энергию фотона равномерным образом», – сказал Херсам. «Напротив, когда у вас есть случайный загрязняющий вещества, взаимодействующий с квантовым излучателем, он непредсказуемо меняет энергию. Единообразие является ключом к получению воспроизводимости в квантовых устройствах».

Затем группа Hersam планирует исследовать другие полупроводниковые материалы и исследовать дополнительные молекулярные покрытия для дальнейшего контроля над объектами однофотонных излучаний. Команда также планирует использовать электрический ток для управления квантовыми выбросами, что облегчит сеть квантовых компьютеров в квантовый интернет.

«Большая идея заключается в том, что мы хотим перейти от отдельных квантовых компьютеров к квантовым сетям и, в конечном счете, квантовым интернетом», – сказал Херсам. «Квантовая связь будет происходить с использованием отдельных фотонов. Наша технология поможет создать однофотонные источники, которые являются стабильными, настраиваемыми и масштабируемыми-основными компонентами для создания этого видения».

Исследование «Усовершенствованная спектральная чистота квантовых излучателей WSE2 с помощью конформных органических адллеров», в первую очередь поддерживалось Министерством энергетики США (Number Number DE-SC0021314) при дополнительной частичной поддержке Национального научного фонда (Number Number DMR-2308691) и Армейским исследовательским офисом (Number W911NF-25-0018).

#Молекулярное #покрытие #очищает #шумный #квантовый #свет #для #журналистов