Yksifotonilähteiden

Yksifotonilähteet ovat optisia laitteita, jotka pystyvät tuottamaan ja vapauttamaan yhden fotonin kerrallaan. Tämä ominaisuus tekee niistä keskeisiä komponenteja monissa kvanttiteknologioissa, kuten kvanttitietokoneissa, kvanttiviestinnässä ja kvanttivisioinnissa. Yksittäisen fotonin tarkka tuottaminen ja hallinta on teknisesti haastavaa, mutta useita erilaisia lähestymistapoja on kehitetty.

Yleisimpiä yksifotonilähteiden toteutuksia ovat kvanttipisteet, typen tyhjäpaikat timantissa (NV-keskukset) ja yksittäiset atomit tai ionit. Kvanttipisteet ovat puolijohdemateriaaleista valmistettuja nanokokoisia rakenteita, jotka voivat vangita elektroneja ja aukkoja ja siten emittoida yksittäisiä fotoneja virittyessään. NV-keskukset timantissa tarjoavat stabiileja ja huoneenlämmössä toimivia yksifotonilähteitä, jotka perustuvat typpiatomin ja viereisen tyhjän hilan yhdistelmään timanttihilassa. Yksittäiset atomit tai ionit voidaan vangita sähkömagneettisilla kentillä ja virittää tuottamaan yksittäisiä fotoneja.

Yksifotonilähteiden suorituskykyä arvioidaan useilla parametreilla, kuten fotonien erottelulla (purity), autokorrelaatiolla (bunching/anti-bunching) ja kvanttitehokkuudella (quantum efficiency). Puhdas yksifotonisäteily tarkoittaa, että lähteestä ei tule samanaikaisesti useampaa kuin yhtä fotonia. Autokorrelaatio kertoo, kuinka todennäköisesti fotonit tulevat lähteestä peräkkäin tai erillään. Kvanttitehokkuus puolestaan mittaa, kuinka suuri osa virityksistä johtaa onnistuneeseen fotonin emittoitumiseen. Yksifotonilähteiden kehitys on jatkuvaa, ja tavoitteena on parantaa niiden nopeutta, tehokkuutta ja integroitavuutta monimutkaisempiin kvanttijärjestelmiin.