Une équipe de scientifiques australiens de l'Université de technologie de Sydney (UTS) et de l'Université nationale australienne (ANU) pense avoir développé un moyen de relever un défi de plusieurs décennies dans le domaine des matériaux quantiques :le réglage spectral des sources lumineuses quantiques proposées. .

Les chercheurs disent que leurs résultats, en utilisant un matériau atomiquement mince, nitrure de bore hexagonal, constituent une avancée significative dans la compréhension des interactions lumière-matière des systèmes quantiques dans les matériaux 2D, et le cheminement vers des dispositifs sur puce évolutifs pour les technologies quantiques. L'étude est publiée dans Matériaux avancés .

La capacité d'ajuster finement les couleurs de la lumière quantique a été proposée comme une étape clé dans le développement d'architectures de réseaux quantiques, où les photons, la brique fondamentale de la lumière, sont exploités pour servir de messager quantique pour communiquer entre des sites distants.

Les scientifiques ont exploité l'extrême extensibilité du nitrure de bore hexagonal, également connu sous le nom de « graphène blanc ». à tel point qu'ils ont pu démontrer un record du monde pour le plus grand spectre, gamme de réglage des couleurs à partir d'un système quantique atomiquement mince.

Auteur principal, Doctorat UTS le candidat Noah Mendelson a déclaré que l'amélioration démontrée du réglage spectral, de presque un ordre de grandeur, susciterait l'intérêt des groupes universitaires et industriels « travaillant au développement de réseaux quantiques et des technologies quantiques associées ».

"Ce matériau a été cultivé dans le laboratoire de l'UTS avec des "erreurs de cristal" à l'échelle atomique qui sont des sources quantiques ultra-lumineuses et extrêmement stables.

"En étirant le matériau atomiquement mince pour induire une expansion mécanique de la source quantique, cette, à son tour a entraîné la gamme de réglage dramatique des couleurs émises par la source de lumière quantique, " il a dit.

« Alors que le nitrure de bore hexagonal était étiré à seulement quelques couches atomiques d'épaisseur, la lumière émise a commencé à changer de couleur de l'orange au rouge, un peu comme les lumières LED sur un arbre de Noël, mais dans le domaine quantique, ", déclare le candidat au doctorat de l'UTS, Noah Mendelson.

"Voir un tel réglage des couleurs au niveau quantique n'est pas seulement un exploit incroyable d'un point de vue fondamental, mais il met également en lumière de nombreuses applications potentielles dans le domaine de la science quantique et de l'ingénierie quantique, " il ajoute.

Contrairement aux autres nanomatériaux utilisés comme sources de lumière quantique, comme le diamant, le carbure de silicium ou le nitrure de gallium le nitrure de bore hexagonal n'est pas cassant et possède les propriétés mécaniques extensibles uniques d'un cristal van der Waals.

"Nous avons toujours été émerveillés par les propriétés supérieures du nitrure de bore hexagonal, qu'ils soient mécaniques, électrique ou optique. De telles propriétés permettent non seulement des expériences de physique uniques, mais pourrait également ouvrir des portes à une pléthore d'applications pratiques dans un avenir proche, " dit le professeur de l'UTS Igor Aharonovich, auteur principal des travaux et chercheur en chef du Centre d'excellence de l'ARC pour les matériaux méta-optiques transformateurs (TMOS).

L'équipe de physiciens expérimentateurs de l'UTS, dirigé par le Dr Trong Toan Tran a estimé qu'ils étaient sur quelque chose de très intrigant dès la toute première observation du phénomène exotique.

"Nous nous sommes rapidement associés à l'un des plus grands physiciens théoriciens mondiaux dans ce domaine, Le Dr Marcus Doherty de l'ANU pour essayer de comprendre les mécanismes sous-jacents responsables de l'impressionnante gamme de réglage des couleurs. L'effort conjoint entre l'UTS et l'ANU a permis de comprendre complètement le phénomène, entièrement soutenu par un modèle théorique robuste, " a déclaré le Dr Toan Tran.

L'équipe prépare maintenant son travail de suivi :réaliser une expérience de preuve de principe impliquant l'intrication de deux photons de couleurs différentes à l'origine de deux sources quantiques étirées dans du nitrure de bore hexagonal pour former un bit quantique ou (qubit)—le bâtiment bloc d'un réseau quantique.

« Nous pensons que le succès de nos travaux a ouvert de nouvelles voies pour de multiples expériences de physique fondamentale qui pourraient jeter les bases du futur Internet quantique, " conclut le Dr Toan Tran.