La luz de las láminas de átomos estirables para las tecnologías cuánticas
El mayor rango espectral, de ajuste de color de un sistema cuántico atómicamente delgado demostró
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Los investigadores dicen que sus resultados, utilizando un material atómicamente fino, el nitruro de boro hexagonal, constituyen un importante paso adelante en la comprensión de las interacciones luz-materia de los sistemas cuánticos en materiales 2D, y el viaje hacia los dispositivos escalables en chip para las tecnologías cuánticas. El estudio se publica en Advanced Materials.
Una impresión del artista que muestra la evolución del color de la luz cuántica cuando el material atómicamente fino se estira.
Dr. Trong Toan Tran, one of the senior authors of the work.
La capacidad de afinar los colores de la luz cuántica se ha propuesto como un paso clave en el desarrollo de arquitecturas de redes cuánticas, en las que los fotones, el elemento fundamental de la luz, se explotan para servir de mensajero cuántico para comunicarse entre sitios distantes.
Los científicos aprovecharon la extrema capacidad de estiramiento del nitruro de boro hexagonal, también conocido como "grafeno blanco", hasta tal punto que fueron capaces de demostrar un récord mundial en el mayor rango espectral de sintonización de colores de un sistema cuántico atómicamente delgado.
El autor principal, el candidato al doctorado de la UTS, Noah Mendelson, dijo que la mejora demostrada en la sintonización espectral, en casi un orden de magnitud, despertaría el interés de los grupos tanto académicos como industriales "que trabajan en el desarrollo de las redes cuánticas y las tecnologías cuánticas conexas".
"Este material fue cultivado en el laboratorio de la UTS con algunos 'errores de cristal' a escala atómica que son fuentes cuánticas ultra brillantes y extremadamente estables.
"Al estirar el material atómicamente fino para inducir la expansión mecánica de la fuente de luz cuántica, esto, a su vez, dio lugar a la dramática gama de sintonía de los colores emitidos por la fuente de luz cuántica", dijo.
"Como el nitruro de boro hexagonal fue estirado hasta sólo unas pocas capas atómicas de espesor, la luz emitida comenzó a cambiar de color de naranja a rojo, muy parecido a las luces LED de un árbol de Navidad, pero en el reino cuántico", dice el candidato al doctorado de la UTS Noah Mendelson.
"Ver tal ajuste de color a nivel cuántico no es sólo una hazaña asombrosa desde el punto de vista de los fundamentos, sino que también arroja luz sobre muchas aplicaciones potenciales en el campo de la ciencia y la ingeniería cuánticas", añade.
A diferencia de otros nanomateriales utilizados como fuentes de luz cuántica, como el diamante, el carburo de silicio o el nitruro de galio, el nitruro de boro hexagonal no es frágil y tiene las propiedades mecánicas estirables únicas de un cristal de van der Waals.
"Siempre nos han sorprendido las propiedades superiores del nitruro de boro hexagonal, ya sean mecánicas, eléctricas u ópticas. Tales propiedades permiten no sólo experimentos físicos únicos, sino que también podrían abrir las puertas a una plétora de aplicaciones prácticas en un futuro próximo", dice el profesor de la UTS Igor Aharonovich, autor principal del trabajo e investigador jefe del Centro de Excelencia de Materiales Transformadores Meta-Opticos (TMOS) de la ARC.
El equipo de físicos experimentales de la UTS, dirigido por el Dr. Trong Toan Tran, consideró que estaban en algo muy intrigante desde la primera observación del fenómeno exótico.
"Rápidamente nos asociamos con uno de los físicos teóricos líderes en el mundo en este campo, el Dr. Marcus Doherty de la ANU para tratar de entender los mecanismos subyacentes responsables del impresionante rango de ajuste de color. El esfuerzo conjunto entre la UTS y la ANU llevó a la completa comprensión del fenómeno, totalmente apoyado por un robusto modelo teórico", dijo el Dr. Toan Tran.
El equipo está preparando ahora su trabajo de seguimiento: la realización de un experimento de prueba de principio que implica el entrelazamiento de los dos fotones de color originalmente diferentes de dos fuentes cuánticas estiradas en nitruro de boro hexagonal para formar un bit o (qubit) cuántico, el bloque de construcción de una red cuántica.
"Creemos que el éxito de nuestro trabajo ha abierto nuevas vías para múltiples experimentos de física fundamental que podrían sentar las bases para el futuro internet cuántico", concluye el Dr. Toan Tran.
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