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  • Nouvelle classe de polyvalent, des points quantiques haute performance amorcés pour l'imagerie médicale, l'informatique quantique

    Un nouveau, classe très polyvalente de points quantiques excellent en tant qu'émetteurs de photons uniques, avec des applications en imagerie biomédicale, communication quantique, la cyber-sécurité, et bien d'autres domaines. Zachary (Zack) Robinson (à gauche) et Vladimir Sayevich (à droite) font partie de l'équipe qui a développé ces points quantiques émettant des infrarouges. Crédit :Laboratoire national de Los Alamos

    Une nouvelle classe de points quantiques fournit un flux stable de simples, photons infrarouges spectralement accordables dans des conditions ambiantes et à température ambiante, contrairement aux autres émetteurs de photons uniques. Cette percée ouvre une gamme d'applications pratiques, y compris la communication quantique, métrologie quantique, imagerie médicale et diagnostic, et l'étiquetage clandestin.

    "La démonstration de la pureté élevée d'un seul photon dans l'infrarouge a une utilité immédiate dans des domaines tels que la distribution de clés quantiques pour une communication sécurisée, " dit Victor Klimov, auteur principal d'un article publié aujourd'hui dans Nature Nanotechnologie par les scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos.

    L'équipe de Los Alamos a développé une approche élégante pour synthétiser les structures de nanoparticules colloïdales dérivées de leurs travaux antérieurs sur les émetteurs de lumière visible basés sur un noyau de séléniure de cadmium enfermé dans une enveloppe de sulfure de cadmium. En insérant une couche intermédiaire de sulfure de mercure à l'interface coeur/coque, l'équipe a transformé les points quantiques en émetteurs de lumière infrarouge hautement efficaces qui peuvent être réglés sur une longueur d'onde spécifique.

    "Cette nouvelle synthèse permet une haute précision, contrôle au niveau atomique de l'épaisseur de la couche intermédiaire émettrice de sulfure de mercure. En le changeant par incréments d'une seule couche atomique, on peut régler la longueur d'onde de la lumière émise en sauts quantifiés discrets, et l'ajuster davantage de manière plus continue en ajustant la taille du noyau de séléniure de cadmium, " a déclaré Vladimir Sayevitch, le chimiste principal de ce projet.

    Bien supérieur aux points quantiques existants dans le proche infrarouge, ces nouvelles structures montrent une émission "sans clignotement" au niveau d'un seul point, pureté presque parfaite d'un seul photon à température ambiante (qui produit de la "lumière quantique"), et des taux d'émission rapides. Ils se comportent extrêmement bien avec l'excitation optique et électrique.

    Les photons uniques peuvent être utilisés comme qubits en informatique quantique. Dans une application de cybersécurité, les photons uniques peuvent protéger un réseau informatique grâce à la distribution de clés quantiques, qui offre une sécurité ultime grâce à des protocoles quantiques "incassables".

    La bio-imagerie est une autre application importante. La longueur d'onde d'émission des points quantiques nouvellement développés se situe dans la fenêtre de bio-transparence proche infrarouge, ce qui les rend bien adaptés à l'imagerie des tissus profonds.

    Les gens ne peuvent pas voir la lumière infrarouge, mais de nombreuses technologies modernes en dépendent, des appareils de vision nocturne et de la télédétection aux télécommunications et à l'imagerie biomédicale. La lumière infrarouge est également un acteur important des technologies quantiques émergentes qui reposent sur la dualité des particules lumineuses, ou photons, qui peuvent aussi se comporter comme des ondes. L'exploitation de cette propriété quantique nécessite des sources de « lumière quantique » qui émettent de la lumière sous forme de quanta individuels, ou photons.

    "Il y a aussi un élément chimique cool dans la réalisation de la précision d'une seule couche atomique dans la fabrication de ces points, " a déclaré Zack Robinson, le membre du projet se concentrant sur la spectroscopie de points quantiques. "L'épaisseur de la couche intermédiaire de sulfure de mercure émettrice est identique sur tous les points des échantillons. C'est tout à fait unique, surtout pour un matériau fabriqué chimiquement dans un bécher."

    Klimov a ajouté, "Toutefois, Ce n'est que la première étape. Afin de tirer pleinement parti de la «lumière quantique», il faut parvenir à l'indiscernabilité des photons, C'est, pour s'assurer que tous les photons émis sont identiques en mécanique quantique. C'est une tâche extrêmement difficile, que nous aborderons ensuite dans notre projet."


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