Onderzoekers van de University of Technology Sydney hebben een nieuwe manier gedemonstreerd om kleine bronnen van kwantumlicht te controleren door atoomdunne laagjes hexagonaal boornitride te draaien – want blijkbaar hadden kwantumcomputers een beetje een draai nodig.

De vooruitgang biedt wetenschappers een nieuwe methode om kwantumemitters af te stemmen, microscopische lichtbronnen die een belangrijke rol kunnen spelen in toekomstige technologieën zoals kwantumcomputers, veilige communicatie en ultrasensoren. Hoofdauteur Dr. Angus Gale zei dat het werk onderzoekers een waardevol nieuw hulpmiddel biedt om deze kwantumsystemen praktischer te maken.

"Je kunt deze kwantumemitters meten en zien dat ze bestaan, maar het is moeilijk om ze in de praktijk te laten werken. Dit geeft ons een hefboom om dichter bij dat doel te komen – een stap richting de realisatie van kwantumtechnologieën," zei Dr. Gale.

Tijdens de experimenten ontdekten Gale en zijn team dat het draaien van het materiaal zowel de kleur als de golflengte van het door de kwantumemitters uitgezonden licht aanzienlijk kon veranderen. De omvang van de verandering was bijzonder opmerkelijk. De meeste studies maken een apparaat met een specifieke draaihoek en laten het onveranderd. Daarentegen konden de onderzoekers het materiaal herhaaldelijk optillen, roteren en opnieuw stapelen, waardoor ze de eigenschappen continu konden wijzigen.

"We maken gebruik van het feit dat dit materiaal, hexagonaal boornitride (hBN), gelaagd is. We kunnen het oppakken, stapelen, draaien en die draai gebruiken om de emitters aan te passen. Dat kun je niet echt doen met traditionele materialen zoals diamant of siliciumcarbide."

"Het voordeel is dat we dit draaibare platform hebben gebruikt om de emissie met een zeer significante hoeveelheid te verschuiven," zei Gale. "Vaak is de mate van manipulatie bij het regelen van deze systemen zeer beperkt, maar in dit geval was de verschuiving veel groter dan verwacht. In plaats van te proberen hBN-defecten zich te laten gedragen als traditionele vaste-stofgastheren, hebben we gebruikgemaakt van hBN's eigen kracht: zijn dunne, gelaagde, draaibare structuur."

Gale vergeleek de structuur van het materiaal met plakjes kaas in plaats van een blok kaas. "Bij een blok kaas kun je niet echt bij de smaak in het midden komen. Maar met plakjes kun je lagen afpellen, ze weer samenvoegen en veranderen hoe ze interageren," zei hij. Omdat hBN uit extreem dunne lagen bestaat, kunnen onderzoekers die lagen scheiden en weer in elkaar zetten op manieren die niet mogelijk zijn met meer conventionele kwantummaterialen.

Toezichthoudend auteur Professor Igor Aharonovich zei dat de mogelijkheid om gelaagde materialen te draaien bijzonder opwindend is omdat het volledig nieuw fysisch gedrag kan onthullen. "Je kunt twee lagen nemen die op zichzelf niet veel doen, ze onder een specifieke hoek samenvoegen, en plotseling heb je een compleet ander systeem," zei Professor Aharonovich.

Volgens Aharonovich zouden de bevindingen kunnen helpen bij de vooruitgang van verschillende opkomende kwantumtechnologieën. "Deze materialen zouden uiteindelijk kunnen worden gebruikt voor kwantumcomputercommunicatie en kwantumdetectie, wat zou helpen bij toepassingen zoals gezondheidszorg, cyberbeveiliging en verbeterde GPS; en het geeft ons meer controle over de bouwstenen die nodig zijn om daar te komen."