Stikala iz atomov spreminjajo prihodnost računalništva!

Predstavljajte si stikalo za svetlobo, veliko le nekaj atomov, ki sprošča fotone enega za drugim. Ta kvantna stikala oziroma oddajniki so ključni gradniki prihodnjih tehnologij: kvantnih računalnikov, varnih komunikacijskih omrežij in občutljivih senzorjev.

Dolga leta so znanstveniki poskušali razumeti in nadzorovati te pojave. Nova raziskava ameriških strokovnjakov pa je pokazala, kako je mogoče z atomsko natančnostjo prepoznati in oblikovati vire enega fotona v ultratankih materialih.

Oddajniki ustvarjajo posamezne fotone na zahtevo. Sposobnost, ki je nujna za popoln nadzor svetlobe in informacij. Težava je bila vedno v tem, da so atomske napake, ki jih povzročajo, izjemno majhne in težko opazne. Jianguo Wen iz Argonne National Laboratory je pojasnil: »Optično obnašanje kvantnih oddajnikov določa njihova atomska struktura, ki pa jo je zelo težko neposredno videti.«

Raziskovalci so se osredotočili na heksagonalni borov nitrid, kristal debel le nekaj atomov. Z instrumentom QuEEN-M so združili slikanje na atomski ravni s katodoluminiscenčno spektroskopijo. Tako so lahko neposredno povezali emisijo svetlobe s specifičnimi napakami.

Odkrili so tudi, da zasuk plasti bora nitrida pod določenimi koti ustvari »zasukane vmesnike«, ki okrepijo signal do 120-krat. To je omogočilo lociranje oddajnikov z natančnostjo pod 10 nanometrov. Ključno odkritje je bil modri oddajnik, ki se je izkazal kot ogljični dimer, dva ogljikova atoma v kristalu.

Thomas Gage je dodal: »Ko smo povezali atomsko strukturo s svetlobo, smo odprli vrata natančnemu inženiringu kvantnih oddajnikov na zahtevo.«

To pomeni premik od odkrivanja k načrtnemu oblikovanju. Natančno umeščeni viri enega fotona so ključni za gradnjo razširljivih kvantnih naprav, ki obdelujejo podatke hitreje, jih varno prenašajo in ojačujejo signale z minimalnimi izgubami.

Kljub napredku pa metoda zahteva zelo specializirane mikroskope, kar omejuje množično proizvodnjo. Prihodnje raziskave bodo usmerjene v večjo razširljivost in razumevanje, kako različne atomske strukture vplivajo na fotone.