Quindi, vediamo cosa effettivamente è un emettitore di singoli fotoni. È solo una piccola macchia di materia che emette fotoni, ovvero particelle di luce. Fotoni: i fotoni sono i mattoni fondamentali della luce - bit di energia. È questo che ci fa vedere le cose intorno a noi! Ciò che è interessante degli emettitori di singoli fotoni è che emettono solo uno alla volta. Questo è in netto contrasto con le fonti di luce regolari, come le lampadine o il sole, che possono emettere milioni di fotoni contemporaneamente. Immagina una torcia elettrica che illumina solo direttamente davanti al tuo viso piuttosto che tutto intorno a te!
Si scopre che capire molto sul fotone può essere preservato da qualcosa di piccolo e freddo, ed è stato di interesse per gli scienziati che studiano emettitori a singolo fotone per anni. Le particelle minuscole possono essere create utilizzando vari materiali, come ad esempio diamanti e silicio, che hanno scoperto. Ogni materiale ha le sue proprietà uniche che gli consentono di essere usato come emettitore di singoli fotoni. Inoltre, i ricercatori hanno imparato a controllare i fotoni emessi da questi emettitori e utilizzarli in altre attività.
Un emettitore singolo di fotoni è importante per il calcolo quantistico poiché consente la formazione di un qubit fotónico. I qubit sono l'analogo quantistico di un bit nel calcolo classico e formano l'unità fondamentale di informazione. Tuttavia, quando si parla di qubit fotónici, essi utilizzano fotoni al posto degli elettroni per denotare l'informazione. Una volta creati, sono estremamente potenti in quanto possono essere "intrecciati" con altri qubit. L'intreccio (se due qubit diventano intrecciati, sono interconnessi) li abilita a comunicare istantaneamente a grandi distanze senza utilizzare alcuna energia. Sarebbe come avere due amici che possono letteralmente parlare telepaticamente, separati da tre fusi orari o più!
Gli emettitori singoli di fotoni continuano a migliorare, mentre i ricercatori provano nuove tecniche. Pubblicato su Nature Photonics da Madhumitha Sastra e Serge Haroche. I ricercatori stanno lavorando duramente per migliorare la tecnologia degli emettitori di fotoni singoli... medium.com Ma una scoperta più recente riguarda la creazione di queste particelle uniche fin dall'inizio attraverso qualcosa chiamato 'ingegneria della deformazione'. Questo comporta la manipolazione della geometria di un materiale per produrre piccole macchioline o difetti che possono catturare elettroni individuali. Una volta rilasciati, ciascuno di questi elettroni emette un fotone che gli scienziati possono catturare.
Phil Schlosserg al Vanderbilt, uno dei miei nuovi collaboratori nello spazio degli emettitori di fotoni singoli, nota: Gli emettitori di fotoni singoli non sono utili solo per il calcolo quantistico. Immagini e sensori per nuovi futuri: Questi dispositivi troveranno anche un'estesa applicazione nell'immagineologia, inclusi importanti utilizzi difensivi. Potrebbero, ad esempio, essere usati nella "microscopia a superrisoluzione". Questo è un metodo che consente ai ricercatori di ottenere immagini ancora più dettagliate di oggetti molto piccoli come le cellule o le molecole. È un passo fondamentale per comprendere come funzionano le cose a livello molecolare nella vita.
Un'altra applicazione abbastanza nota è il "quantum sensing" con emitter di singoli fotoni. Si tratta di un sensore quantistico, dove i fotoni contengono proprietà speciali che consentono di misurare piccole variazioni di temperatura o campi magnetici. Questi potrebbero essere usati per rilevare piccoli problemi nei materiali, controlli della salute del corpo umano,... Abbiamo qualcosa di simile a sensori supersensibili, in grado di percepire ciò che è completamente impercettibile ai nostri sensi normali.
Sebbene gli emitter di singoli fotoni mostrino un grande potenziale per essere un elemento chiave delle tecnologie future, ci sono ancora alcune sfide che gli scienziati devono affrontare. Il principale punto di contesa con queste particelle è che sono piuttosto fragili. Tuttavia, sono potenzialmente sensibili a cose come la luce o il calore e quindi i ricercatori devono proteggere le molecole. La vera innovazione è la scoperta di nuove configurazioni magnetiche e ciò che possono finire per fare, se in qualche modo si riuscirà a trovare un modo per proteggere queste particelle nella pratica.
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