Молекулярное покрытие очистило «шумный» квантовый свет

Инженеры Северо-Западного университета разработали стратегию, которая делает источники квантового света, испускающие одиночные фотоны, более стабильными и надежными. Это критически важно для работы квантовых компьютеров и безопасной связи будущего.

Оптический микроскоп образца монослоя диселенида вольфрама, правая часть которого функционализирована PTCDA. Автор: Mark Hersam / Northwestern University

Исследователи нанесли на ультратонкий полупроводник диселенид вольфрама органическое молекулярное покрытие PTCDA. Этот слой защитил материал от атмосферных загрязнений, которые вызывали «шум» — нежелательные вариации в количестве и энергии испускаемых фотонов.

«Когда в диселениде вольфрама есть дефекты, материал может испускать одиночные фотоны, — пояснил руководитель исследования Марк Херсам. — Но эти точки эмиссии чрезвычайно чувствительны к любым загрязнителям. Даже кислород из воздуха может взаимодействовать с квантовыми излучателями и менять их способность производить идентичные фотоны. Добавляя высокооднородный молекулярный слой, мы защищаем их».

Покрытие не только повысило спектральную чистоту фотонов на 87%, но и позволило управляемо смещать их цвет (энергию), а также снизило энергию активации. При этом основные полупроводниковые свойства материала не изменились.

Метод является простым и масштабируемым, что открывает путь к созданию стабильных источников одиночных фотонов для квантового интернета и высокоточных сенсоров. Дальнейшие планы команды включают изучение других материалов и покрытий, а также управление излучением с помощью электрического тока.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.