양자 통신을 위한 실리콘 나노기둥 새로운 생산 기술은 광섬유 호환성을 갖춘 양자 광원의 길을 엽니다.

[아름이]

양자 통신을 위한 실리콘 나노기둥
새로운 생산 기술은 광섬유 호환성을 갖춘 양자 광원의 길을 엽니다.
날짜:
2022년 9월 20일
원천:
헬름홀츠-젠트룸 드레스덴-로젠도르프
요약:
전 세계적으로 전문가들이 양자 정보 기술을 구현하기 위해 노력하고 있습니다. 한 가지 중요한 경로는 빛과 관련되어 있습니다. 앞을 내다보면 빛 양자 또는 광자라고도 하는 단일 빛 패키지가 코딩되고 효과적인 탭 방지 데이터를 전송할 수 있습니다. 이를 위해 요구에 따라 제어된 방식으로 단일 광량을 방출하는 새로운 광자 소스가 필요합니다. 최근에야 실리콘이 양자 통신에 적합한 특성을 가진 단일 광자의 소스를 호스트할 수 있다는 것이 발견되었습니다. 그러나 지금까지 아무도 소스를 현대적인 광자 회로에 통합하는 방법을 알지 못했습니다. 과학자들은 이제 실리콘 나노기둥을 사용하는 적절한 생산 기술인 화학적 에칭 방법에 이어 이온 충격을 가하는 방법을 제시했습니다.

전 세계적으로 전문가들이 양자 정보 기술을 구현하기 위해 노력하고 있습니다. 한 가지 중요한 경로는 빛과 관련되어 있습니다. 앞을 내다보면 빛 양자 또는 광자라고도 하는 단일 빛 패키지가 코딩되고 효과적인 탭 방지 데이터를 전송할 수 있습니다. 이를 위해 요구에 따라 제어된 방식으로 단일 광량을 방출하는 새로운 광자 소스가 필요합니다. 최근에야 실리콘이 양자 통신에 적합한 특성을 가진 단일 광자의 소스를 호스트할 수 있다는 것이 발견되었습니다. 그러나 지금까지 아무도 소스를 현대적인 광자 회로에 통합하는 방법을 알지 못했습니다. 처음으로 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)가 이끄는 팀은 이제 실리콘 나노 기둥을 사용하는 적절한 생산 기술인 화학적 에칭 방법과 이온 충격을 제시했습니다.

HZDR의 이온 연구소(Institute of Ion)의 욘더 베렌센(Yonder Berencén) 박사는 "통신 분야의 실리콘 및 단일 광자 소스는 광섬유에 의한 양자 통신 개발 속도를 높이는 데 있어 오랫동안 누락된 링크였습니다. 이제 우리는 이에 필요한 전제 조건을 만들었습니다"라고 설명합니다. 현재 연구를 주도한 빔 물리학 및 재료 연구. 단일 광자 소스는 다이아몬드와 같은 재료로 제작되었지만 실리콘 기반 소스만이 광섬유에서 증식할 수 있는 올바른 파장의 가벼운 입자를 생성하므로 실용적인 목적에 상당한 이점이 있습니다.

연구원들은 칩에 실리콘을 처리하기 위한 기존의 건식 에칭 기술 대신에 MacEtch(금속 보조 화학 에칭)로 알려진 습식 에칭 기술을 선택하여 이 기술적 돌파구를 달성했습니다. 실리콘 광자 구조의 생성을 허용하는 이러한 표준 방법은 반응성이 높은 이온을 사용합니다. 이러한 이온은 실리콘의 방사선 손상으로 인한 발광 결함을 유발합니다. 그러나 그들은 무작위로 분포되어 원하는 광 신호를 노이즈로 오버레이합니다. 반면에 금속 보조 화학 에칭은 이러한 결함을 생성하지 않습니다. 대신 일종의 금속 마스크 아래에서 재료를 화학적으로 에칭합니다.

목표: 광섬유 네트워크와 호환되는 단일 광자 소스

MacEtch 방법을 사용하여 연구자들은 초기에 잠재적인 광파 유도 구조의 가장 단순한 형태인 칩 상의 실리콘 나노기둥을 제작했습니다. 그런 다음 그들은 거대한 실리콘 블록을 사용하는 것처럼 완성된 나노기둥에 탄소 이온을 충돌시켜 기둥에 내장된 광자 소스를 생성했습니다. 새로운 에칭 기술을 사용하면 나노기둥의 크기, 간격 및 표면 밀도를 정밀하게 제어하고 현대 광자 회로와 호환되도록 조정할 수 있습니다. 제곱 밀리미터 칩당 수천 개의 실리콘 나노 기둥이 기둥을 통해 수직으로 지향함으로써 광원의 빛을 전도하고 묶습니다.

연구자들은 기둥의 직경을 다양화했는데, "우리는 이것이 얇은 기둥에서 단일 결함 생성을 수행하고 기둥당 단일 광자 소스를 실제로 생성할 수 있다는 것을 의미하기를 희망했기 때문"이라고 Berencén은 설명합니다. "처음에는 완벽하게 작동하지 않았습니다. 그에 비해 가장 얇은 기둥의 경우에도 탄소 충격의 양이 너무 많았습니다. 하지만 이제 단일 광자 소스에 대한 짧은 단계일 뿐입니다."

새로운 기술이 미래 응용 프로그램에 대한 경쟁을 촉발했기 때문에 팀이 이미 집중적으로 작업하고 있는 단계입니다. "내 꿈은 광자 요소를 통한 단일 광자 소스에서 단일 광자 감지기에 이르기까지 모든 기본 빌딩 블록을 하나의 단일 칩에 통합한 다음 상업용 광섬유를 통해 많은 칩을 연결하여 모듈식 양자 네트워크를 형성하는 것입니다"라고 말합니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/