Forskare vid University of Technology Sydney har demonstrerat ett nytt sätt att kontrollera små källor av kvantljus genom att vrida atomtunna lager av hexagonal bornitrid – för tydligen behövde kvantdatorer lite snurr.

Framsteget ger forskare en ny metod för att ställa in kvantemittorer, som är mikroskopiska ljuskällor som kan spela en viktig roll i framtida teknologier som kvantdatorer, säker kommunikation och ultrasensorer. Huvudförfattaren Dr. Angus Gale sa att arbetet erbjuder forskare ett värdefullt nytt verktyg för att göra dessa kvantsystem mer praktiska.

"Du kan mäta dessa kvantemittorer och se att de finns, men det är svårt att få dem att fungera i praktiken. Detta ger oss en hävstång för att komma närmare – ett steg mot förverkligandet av kvantteknologier," sa Dr. Gale.

Under experimenten fann Gale och hans team att vridning av materialet avsevärt kunde ändra både färg och våglängd på ljuset som emitteras av kvantemittorerna. Storleken på förändringen var särskilt anmärkningsvärd. De flesta studier skapar en enhet vid en specifik vridningsvinkel och lämnar den oförändrad. Däremot kunde forskarna upprepade gånger lyfta, rotera och stapla om materialet, vilket gjorde att de kontinuerligt kunde modifiera dess egenskaper.

"Vi utnyttjar det faktum att detta material, hexagonal bornitrid (hBN), är skiktat. Vi kan plocka upp det, stapla det, vrida det och använda den vridningen för att modifiera emitterna. Det kan man inte riktigt göra med traditionella material som diamant eller kiselkarbid."

"Fördelen är att vi använde denna vridbara plattform för att skifta emissionen med en mycket betydande mängd," sa Gale. "Ofta när man kontrollerar dessa system är manipulationsmängden mycket begränsad, men i detta fall var skiftet mycket större än förväntat. Istället för att försöka få hBN-defekter att bete sig som traditionella fasta tillståndsvärdar, utnyttjade vi hBN:s egen styrka: dess tunna, skiktade, vridbara struktur."

Gale jämförde materialets struktur med skivor av ost snarare än en solid bit. "Med en bit ost kan man inte riktigt komma åt smaken i mitten. Men med skivor kan man dra bort lager, sätta ihop dem igen och ändra hur de interagerar," sa han. Eftersom hBN består av extremt tunna lager kan forskare separera och återmontera dessa lager på sätt som inte är möjliga med mer konventionella kvantmaterial.

Handledande författare Professor Igor Aharonovich sa att förmågan att vrida skiktade material är särskilt spännande eftersom det kan avslöja helt nytt fysiskt beteende. "Man kan ta två lager som inte gör så mycket på egen hand, sätta ihop dem i en specifik vinkel, och plötsligt har man ett helt annat system," sa Professor Aharonovich.

Enligt Aharonovich kan resultaten hjälpa till att främja flera framväxande kvantteknologier. "Dessa material kan så småningom användas för kvantdatorer, kommunikation och kvantsensorer, vilket skulle hjälpa till för applikationer som sjukvård, cybersäkerhet och förbättrad GPS; och ger oss mer kontroll över byggstenarna som behövs för att komma dit."