Interaksi Materi-Cahaya Tanpa Peristiwa Interferensi

Interaksi Antarmuka materi-cahaya yang efisien mungkin merupakan dasar dari komunikasi kuantum. Namun, struktur tertentu yang terbentuk selama proses perkembangannya mengganggu sinyal.

Struktur semikonduktor tertentu, yang disebut titik kuantum, mungkin merupakan dasar komunikasi kuantum. Mereka adalah interaksi antarmuka yang efisien antara materi dan cahaya, dengan foton (partikel cahaya) yang dipancarkan oleh titik-titik kuantum yang membawa informasi yang melintasi jarak jauh. Namun, struktur terbentuknya secara mendasar selama terbentuknya titik-titik kuantum yang mengganggu komunikasi. Para peneliti di Universitas Basel, Ruhr-Universität Bochum, dan Forschungszentrum Jülich kini telah berhasil menghilangkan gangguan ini. Mereka telah menerbitkan laporan mereka dalam jurnal Communications Physics mulai 9 Agustus 2019.

Partikel cahaya mampu membawa informasi melintasi jarak yang sangat jauh

Titik kuantum dapat diwujudkan dalam semikonduktor jika peneliti mengunci sebuah elektron dan lubang elektron yaitu muatan positif pada posisi di mana elektron seharusnya ada di ruang terbatas. Secara bersamaan, maka elektron dan hole membentuk dalam keadaan tereksitasi. Ketika mereka bergabung kembali, keadaan tereksitasi menghilang dan foton dihasilkan. "Foton itu mungkin dapat digunakan sebagai pembawa informasi dalam komunikasi kuantum melintasi jarak yang sangat jauh," kata Dr. Arne Ludwig dari Ketua Fisika Solid State Terapan di Bochum.

Baca juga berita: Fluktuasi Charge: Sebuah Properti Baru dalam Superkonduktor

Titik-titik kuantum yang diproduksi di Bochum dihasilkan dalam bahan semikonduktor indium arsenide. Para peneliti menumbuhkan materi pada substrat gallium arsenide. Dalam prosesnya, lapisan indium arsenide yang halus terbentuk pada ketebalan hanya satu setengah lapisan atom yang disebut lapisan pembasahan. Selanjutnya, para peneliti menghasilkan partikel-partikel kecil atau semacam aglomerasi dalam ukuran nano dengan diameter 30 nanometer dan tinggi hanya beberapa nanometer. Ini adalah titik-titik kuantum.

Mengganggu foton dari lapisan pembasahan

Lapisan pembasahan yang harus disimpan pada langkah pertama menyebabkan masalah, karena juga mengandung keadaan hole yang tereksitasi dan dapat melepaskan foton. Di lapisan pembasahan, keadaan dimana berkurangnya hole bahkan lebih mudah daripada di titik-titik kuantum. Foton yang dipancarkan dalam proses ini tidak dapat digunakan dalam komunikasi kuantum; sebaliknya, mereka menghasilkan suara statis di sistem.

"Lapisan pembasahan menutupi seluruh permukaan sedangkan titik-titik kuantum hanya mencakup seperseribu dari chip semikonduktor, itulah sebabnya cahaya yang mengganggu kira-kira seribu kali lebih kuat dari cahaya yang dipancarkan oleh titik-titik kuantum," jelas Andreas Wieck, Kepala Ketua Fisika Solid State Terapan di Bochum. "Lapisan pembasah memancarkan foton pada frekuensi yang sedikit lebih tinggi dan pada intensitas yang jauh lebih tinggi dari titik-titik kuantum. Seolah-olah titik-titik kuantum memancarkan pitch kamar A, sedangkan lapisan pembasah memancarkan B yang seribu kali lebih kuat."

Lapisan tambahan menghilangkan gangguan

"Kami telah mampu mengabaikan gangguan itu hanya dengan menarik energi yang dibutuhkan," kata Matthias Löbl dari University of Basel. "Namun, jika titik-titik kuantum akan digunakan sebagai unit informasi untuk aplikasi kuantum, mungkin ideal untuk mengisi mereka dengan lebih banyak elektron. Tetapi dalam hal itu, tingkat energi dalam lapisan pembasahan akan juga bersemangat," tambah Arne Ludwig.

Tim peneliti sekarang telah menghilangkan gangguan ini dengan menambahkan lapisan aluminium arsenide yang tumbuh di atas titik-titik kuantum di lapisan pembasah. Keadaan energi pada lapisan pembasahan dengan demikian dihilangkan, yang, pada gilirannya, membuatnya lebih kecil kemungkinannya bagi elektron dan lubang elektron untuk bergabung kembali dan memancarkan foton.

Kolaborasi antara tiga lembaga penelitian

Sampel untuk proyek saat ini dihasilkan oleh Dr. Sven Scholz Ketua RUB Fisika Solid State Terapan, yang karyanya dianugerahi hadiah disertasi oleh Wilhelm dan Else Heraeus Foundation pada Juni 2019. Pengukuran magnitudo gangguan dengan lapisan aluminium arsenide dan tanpa lapisan aluminium arsenide dilakukan oleh tim di Universitas Basel, di bawah naungan Matthias Löbl, Dr. Immo Söllner dan Profesor Richard Warburton. Kelompok di Forschungszentrum Jülich menangkap gambar mikroskop resolusi tinggi dari sampel.

Referensi Jurnal :

Matthias C. Löbl, Sven Scholz, Immo Söllner, Julian Ritzmann, Thibaud Denneulin, András Kovács, Beata E. Kardynał, Andreas D. Wieck, Arne Ludwig, Richard J. Warburton. Excitons in InGaAs quantum dots without electron wetting layer states. Communications Physics, 2019; 2 (1) DOI: 10.1038/s42005-019-0194-9

Sumber: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190823204935.htm