Para peneliti mengembangkan antarmuka yang mudah diproduksi antara penghasil kuantum dan jaringan nanofotonik – Sains Terkini


Efek kuantum benar-benar ditemukan di dunia struktur nano dan memungkinkan berbagai aplikasi teknologi baru. Sebagai contoh, komputer kuantum di masa depan dapat memecahkan masalah, yang mana komputer konvensional membutuhkan banyak waktu untuk menangani. Di seluruh dunia, para peneliti terlibat dalam pekerjaan intensif pada komponen individual teknologi kuantum – ini termasuk sirkuit yang memproses informasi menggunakan foton tunggal alih-alih listrik, serta sumber cahaya yang menghasilkan kuanta cahaya individu tersebut. Menggabungkan kedua komponen ini untuk menghasilkan sirkuit optik kuantum terintegrasi pada chip menghadirkan tantangan khusus.

Para peneliti di University of Münster (Jerman) kini telah mengembangkan antarmuka yang memasangkan sumber cahaya untuk foton tunggal dengan jaringan nanofotonik. Antarmuka ini terdiri dari apa yang disebut kristal fotonik, yaitu bahan dielektrik berstrukturnano yang dapat meningkatkan rentang panjang gelombang tertentu ketika cahaya melewatinya. Kristal fotonik semacam itu digunakan dalam banyak bidang penelitian, tetapi sebelumnya belum dioptimalkan untuk jenis antarmuka ini. Para peneliti mengambil perhatian khusus untuk mencapai prestasi ini dengan cara yang memungkinkan untuk mereplikasi kristal fotonik secara langsung dengan menggunakan proses nanofabrikasi yang sudah mapan.

"Pekerjaan kami menunjukkan bahwa bukan hanya di laboratorium yang sangat terspesialisasi dan eksperimen unik yang dapat dihasilkan teknologi kuantum kompleks," kata fisikawan Dr. Carsten Schuck, asisten profesor di Universitas Münster yang memimpin penelitian bersama dengan Dr. Doris Reiter, juga seorang asisten profesor, yang bekerja di bidang teori keadaan padat. Hasilnya dapat membantu membuat teknologi kuantum dapat diskalakan. Studi ini telah dipublikasikan dalam jurnal Teknologi Quantum Lanjut.

Latar belakang dan metode:

Ketika foton tunggal mematuhi hukum fisika kuantum, para peneliti berbicara tentang penghasil kuantum sehubungan dengan sumber cahaya yang terlibat. Untuk studi mereka, para peneliti mempertimbangkan pemancar kuantum yang tertanam dalam nanodiamond dan memancarkan foton ketika mereka dirangsang oleh medan elektromagnetik. Untuk menghasilkan antarmuka yang diinginkan, tujuan para peneliti adalah mengembangkan struktur optik yang disesuaikan dengan panjang gelombang pemancar kuantum.

Rongga atau lubang dalam kristal fotonik sangat cocok untuk menjebak cahaya dalam volume kecil dan membuatnya berinteraksi dengan materi seperti, dalam hal ini, nanodiamond. Jan Olthaus, seorang mahasiswa PhD bidang fisika dalam kelompok penelitian junior Doris Reiter, mengembangkan konsep teoretis dan teknik simulasi berbantuan komputer khusus untuk menghitung desain kristal fotonik ini.

Desain yang dikembangkan secara teoritis diproduksi oleh fisikawan dalam kelompok penelitian junior yang dipimpin oleh Carsten Schuck di Pusat Teknologi Nano dan Pusat Teknologi Nanos Lembut di Universitas Münster. Mahasiswa PhD Philipp Schrinner membuat kristal dari film tipis silikon nitrida. Untuk tujuan ini, ia menggunakan litografi berkas elektron modern dan metode etsa khusus pada peralatan di Fasilitas Nanofabrication Münster dan berhasil menghasilkan kristal berkualitas tinggi langsung pada bahan dasar silikon dioksida.

Dalam penataan kristal, para peneliti tidak hanya memvariasikan ukuran dan susunan rongga, tetapi juga lebar pandu gelombang tempat rongga ditempatkan. Hasil yang diukur menunjukkan bahwa kristal fotonik yang menunjukkan variasi khusus dalam ukuran lubang paling cocok untuk antarmuka.

"Kolaborasi kami – antara fisikawan teoretis dan eksperimental – adalah yang ideal untuk penelitian fisika," kata Doris Reiter. "Jenis kolaborasi ini tidak selalu mudah, karena metode kerja kita masing-masing memang sering sangat berbeda – itulah sebabnya kita semua lebih senang bahwa ternyata berhasil dengan baik dalam kasus dua kelompok penelitian junior kami." "Apa yang istimewa dari pekerjaan kami," tambah Carsten Schuck, "adalah bahwa desain kami tidak memerlukan langkah pemrosesan tambahan, karena mereka kompatibel dengan teknologi film tipis yang sudah mapan untuk sirkuit fotonik terintegrasi." Ini tidak dapat diterima begitu saja dalam pengembangan teknologi kuantum yang kompleks, karena meskipun para peneliti sering berhasil menghasilkan komponen penting yang berkualitas tinggi sebagai komponen sekali saja, mereka tidak dapat menghasilkan banyak salinan dari komponen yang sama lagi.

Langkah selanjutnya untuk para peneliti melibatkan mencoba memposisikan pemancar kuantum, tertanam dalam nanodiamond, di tempat-tempat tertentu pada kristal fotonik – dengan tujuan menempatkan hasil penelitian ke dalam praktik. Untuk tujuan ini, tim yang dikepalai oleh Carsten Schuck ini sudah mengembangkan teknik nanofabrication khusus yang mampu, misalnya, untuk menempatkan berlian berukuran hanya 100-nanometer dengan akurasi kurang dari 50 nanometer. Tim fisikawan teoritis yang dipimpin oleh Doris Reiter ingin memperluas studi ke sistem bahan lain dan geometri kristal fotonik yang lebih kompleks dan, misalnya, menggunakan lubang elips bukan yang bundar.

Referensi:

Material disediakan oleh Universitas Münster. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.