Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Fisikawan mengintegrasikan sistem kuantum berbasis berlian ke dalam sirkuit nanofotonik – ScienceDaily


Dengan menggunakan nanoteknologi modern, saat ini dimungkinkan untuk menghasilkan struktur yang memiliki ukuran fitur hanya beberapa nanometer. Dunia partikel paling kecil ini – juga dikenal sebagai sistem kuantum – memungkinkan berbagai aplikasi teknologi, di bidang yang mencakup penginderaan medan magnet, pemrosesan informasi, komunikasi yang aman, atau penjagaan waktu yang sangat presisi. Produksi struktur mikroskopis kecil ini telah berkembang sangat jauh sehingga mencapai dimensi di bawah panjang gelombang cahaya. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk memecah batas-batas yang sampai sekarang ada dalam optik dan memanfaatkan sifat-sifat kuantum cahaya. Dengan kata lain, nanophotonics mewakili pendekatan baru untuk teknologi kuantum.

Saat foton individu bergerak dalam rezim kuantum, para ilmuwan menggambarkan sumber cahaya yang relevan sebagai pemancar kuantum yang dapat disematkan di antara nanodiamonds. Berlian khusus ini dicirikan oleh ukuran partikelnya yang sangat kecil, yang dapat berkisar dari hanya beberapa hingga beberapa ratus nanometer. Para peneliti di University of Münster sekarang telah berhasil untuk pertama kalinya dalam mengintegrasikan nanodiamonds sepenuhnya ke dalam sirkuit nanophotonic dan pada saat yang sama menangani beberapa nanodiamond ini secara optik. Dalam prosesnya, sinar laser hijau diarahkan ke pusat warna dalam nanodiamonds, dan foton merah individu yang dihasilkan dipancarkan ke jaringan komponen optik skala nano. Hasilnya, para peneliti sekarang dapat mengontrol sistem kuantum ini dalam keadaan terintegrasi penuh. Hasilnya telah dipublikasikan di jurnal Huruf Nano.

Latar belakang dan metodologi

Sebelumnya, perlu memasang mikroskop besar untuk mengontrol sistem kuantum semacam itu. Dengan teknologi fabrikasi yang serupa dengan yang menghasilkan chip untuk prosesor komputer, cahaya dapat diarahkan dengan cara yang sebanding menggunakan pandu gelombang (nanofibres) pada chip silikon. Pandu gelombang optik ini, berukuran kurang dari satu mikrometer, diproduksi dengan litografi berkas elektron dan peralatan etsa ion reaktif di Münster Nanofabrication Facility (MNF). “Di sini, ukuran set-up eksperimental yang khas menyusut menjadi beberapa ratus mikrometer persegi,” jelas Asisten Profesor Carsten Schuck dari Institut Fisika di Universitas Münster, yang memimpin penelitian bekerja sama dengan Asisten Profesor Doris Reiter dari Institut Teori Negara Solid. “Perampingan ini tidak hanya berarti bahwa kami dapat menghemat ruang dengan pandangan ke aplikasi masa depan yang melibatkan sistem kuantum dalam jumlah besar,” tambahnya, “tetapi juga memungkinkan kami, untuk pertama kalinya, untuk mengontrol beberapa sistem kuantum semacam itu secara bersamaan.” Dalam pekerjaan pendahuluan sebelum studi ini, para ilmuwan Münster mengembangkan antarmuka yang sesuai antara nanodiamond dan sirkuit nanophotonic. Antarmuka ini digunakan dalam percobaan baru, mengimplementasikan penggandengan pemancar kuantum dengan pandu gelombang dengan cara yang sangat efektif. Dalam eksperimen mereka, fisikawan menggunakan apa yang disebut efek Purcell, yang menyebabkan nanodiamond memancarkan foton individu dengan probabilitas lebih tinggi ke dalam pandu gelombang, bukan ke beberapa arah acak.

Para peneliti juga berhasil menjalankan dua sensor medan magnet, berdasarkan nanodiamond terintegrasi, secara paralel dalam satu chip. Sebelumnya, ini hanya mungkin dilakukan secara individu atau berturut-turut. Untuk membuat ini mungkin, para peneliti mengekspos nanodiamond terintegrasi ke gelombang mikro, sehingga mendorong perubahan status kuantum (spin) pusat warna. Orientasi putaran mempengaruhi kecerahan nanodiamonds, yang kemudian dibaca menggunakan akses optik on-chip. Frekuensi medan gelombang mikro dan variasi kecerahan yang dapat diamati bergantung pada medan magnet di lokasi nanodiamond. “Sensitivitas tinggi terhadap medan magnet lokal memungkinkan untuk membangun sensor yang dapat dideteksi oleh bakteri individu dan bahkan atom individu,” jelas Philip Schrinner, penulis utama studi tersebut.

Pertama-tama, para peneliti menghitung desain antarmuka nanofotonik menggunakan simulasi 3D yang rumit, sehingga menentukan geometri yang optimal. Mereka kemudian merakit dan membuat komponen ini menjadi sirkuit nanofotonik. Setelah nanodiamonds diintegrasikan dan dikarakterisasi menggunakan teknologi yang diadaptasi, tim fisikawan melakukan pengukuran kuantum mekanik dengan cara pengaturan yang disesuaikan untuk tujuan tersebut.

“Bekerja dengan sistem kuantum berbasis berlian di sirkuit nanofotonik memungkinkan aksesibilitas jenis baru, karena kami tidak lagi dibatasi oleh pengaturan mikroskop,” kata Doris Reiter. “Dengan menggunakan metode yang telah kami sajikan, akan memungkinkan di masa depan untuk secara bersamaan memantau dan membaca sejumlah besar sistem kuantum ini dalam satu chip,” tambahnya. Pekerjaan para peneliti menciptakan kondisi untuk memungkinkan studi lebih lanjut dilakukan di bidang optik kuantum – studi di mana nanophotonics dapat digunakan untuk mengubah sifat foto-fisik dari pemancar berlian. Selain itu, ada kemungkinan aplikasi baru di bidang teknologi kuantum, yang akan mendapatkan keuntungan dari properti nanodiamond terintegrasi – di bidang penginderaan kuantum atau pemrosesan informasi kuantum, misalnya.

Langkah selanjutnya akan mencakup penerapan sensor kuantum di bidang magnetometri, seperti yang digunakan misalnya dalam analisis bahan untuk komponen semi-konduktor atau pemindaian otak. “Untuk tujuan ini,” kata Carsten Schuck, “kami ingin mengintegrasikan sejumlah besar sensor pada satu chip yang kemudian dapat dibaca secara bersamaan, dan dengan demikian tidak hanya mendaftarkan medan magnet di satu tempat, tetapi juga memvisualisasikan gradien medan magnet di ruang hampa.”

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Münster. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney