The Signal
Un chip WSe₂–WS₂ produce 357.000 fotoni singoli al secondo
I ricercatori hanno accoppiato emettitori di WSe₂ a doppio strato, ingegnerizzati mediante deformazione, a guide d’onda multimodali in WS₂ e hanno misurato un’emissione di fotoni singoli ad alta purezza in due configurazioni. Per un’uscita,
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Una sorgente di fotoni singoli realizzata con materiali stratificati ha prodotto un tasso di conteggio in uscita di circa 357.000 fotoni al secondo a una lente di raccolta, secondo una ricerca pubblicata il 28 ottobre su Nature Communications. Il dispositivo combina emettitori quantistici di WSe₂ a doppio strato, ingegnerizzati mediante deformazione, con guide d’onda multimodali in WS₂ e accoppiatori a reticolo. I ricercatori stimano inoltre un tasso minimo di 1,68 milioni di fotoni al secondo accoppiati alla guida d’onda.
Due tassi descrivono misurazioni diverse
Il valore di 357 kHz è il tasso di conteggio dei fotoni singoli in uscita, misurato alla prima lente per una singola uscita, in condizioni di eccitazione a onda continua di uno stato discreto. Il valore di 1,68 MHz è una stima del tasso minimo di fotoni accoppiati alla guida d’onda. Il primo è un conteggio misurato dopo l’estrazione e la raccolta della luce; il secondo è una stima del tasso all’interno della guida d’onda. Descrivono punti diversi del percorso ottico e non devono essere considerati misurazioni equivalenti.
La piattaforma dello studio riunisce due dicalcogenuri di metalli di transizione: il diseleniuro di tungsteno a doppio strato, o WSe₂, per gli emettitori quantistici, e il disolfuro di tungsteno, o WS₂, per le guide d’onda. Gli autori riportano un’emissione intensa e altamente polarizzata dagli emettitori, che si accoppia in modo efficiente alle guide d’onda in WS₂. Il dispositivo comprende accoppiatori a reticolo e il conteggio alla lente riportato riguarda la luce estratta da una singola uscita.
La verifica dell’emissione di fotoni singoli
Il gruppo ha misurato la luce emessa utilizzando sia una configurazione a porta singola sia una configurazione multiporta con correlazione incrociata. La correlazione del secondo ordine a ritardo zero, g(2)(0), riportata per la misurazione a porta singola era pari a 0,003, con un’incertezza di +0,030 e −0,003. Per la misurazione multiporta con correlazione incrociata, il valore era 0,076 ± 0,023. Lo studio descrive entrambi i risultati come emissione di fotoni singoli ad alta purezza accoppiata alla guida d’onda.
Nella configurazione multiporta descritta nel manoscritto degli autori, i fotoni sono stati raccolti da due porte della guida d’onda e correlati per misurare le statistiche del secondo ordine dell’emissione della sorgente. Questo approccio utilizza nella misurazione le due uscite della guida d’onda, anziché dividere la luce raccolta da una sola uscita. I due valori di g(2)(0) riportati provengono da configurazioni di misura diverse e vanno quindi letti come risultati distinti, non come rilevazioni intercambiabili.
Una piattaforma per sorgenti basata su materiali di van der Waals
Lo studio inquadra il lavoro in un obiettivo più ampio delle tecnologie fotoniche per l’informazione quantistica: riunire sorgenti di luce quantistica, guide d’onda e rivelatori su un unico chip. L’esperimento dimostra una sorgente basata su emettitori di WSe₂ accoppiati a guide d’onda in WS₂. L’abstract riporta i risultati relativi agli emettitori e alle guide d’onda, tra cui il tasso di conteggio a porta singola e le due misurazioni della correlazione.
I dicalcogenuri di metalli di transizione sono materiali stratificati che possono essere combinati in strutture di van der Waals. In questo dispositivo, gli emettitori di WSe₂ forniscono i fotoni singoli e le guide d’onda in WS₂ trasportano la luce accoppiata. Le misurazioni riportate dagli autori riguardano sia le statistiche dei fotoni sia il tasso osservato per una singola uscita, mentre il tasso stimato di fotoni accoppiati alla guida d’onda fornisce una misura distinta dell’emissione guidata della sorgente.
«Questi risultati dimostrano una sorgente integrata ed efficiente di fotoni singoli basata su materiali di van der Waals, rappresentando un passo verso una fotonica quantistica integrata scalabile.»
Scrivono gli autori: Pietro Metuh, Paweł Wyborski, Athanasios Paralikis, Frederik Schröder, Nicolas Stenger, Niels Gregersen e Battulga Munkhbat, ricercatori presso la Technical University of Denmark.
La distinzione tra il conteggio misurato alla lente e il tasso stimato di fotoni accoppiati alla guida d’onda è centrale per interpretare il risultato relativo all’intensità. Lo studio riporta entrambi i valori per una singola uscita, in condizioni di eccitazione a onda continua di uno stato discreto: circa 357 kHz alla prima lente e un minimo stimato di 1,68 MHz accoppiato alla guida d’onda. I risultati delle correlazioni riportati valutano separatamente l’emissione di fotoni singoli nelle configurazioni a porta singola e multiporta con correlazione incrociata.