Lassen Sie uns also herausfinden, was ein Einzelphotonenemitter eigentlich ist. Es ist nur ein kleiner Materiefleck, der Photonen, auch Lichtteilchen genannt, aussendet. Photonen: Photonen sind die Grundbausteine des Lichts – Energieteilchen. Dadurch können wir diese Dinge um uns herum sehen! Das Interessante an Einzelphotonenemittern ist, dass sie immer nur eins auf einmal aussenden. Dies steht im krassen Gegensatz zu normalen Lichtquellen wie Glühbirnen oder der Sonne, die Millionen von Photonen gleichzeitig aussenden können. Stellen Sie sich eine Taschenlampe vor, die nur direkt vor Ihrem Gesicht leuchtet und nicht überall um Sie herum!
Es stellt sich heraus, dass Wissenschaftler, die Einzelphotonenemitter untersuchen, seit Jahren viel darüber erfahren möchten, wie Photonen durch etwas Kleines und Kaltes bewahrt werden können. Winzige Partikel können aus einer Reihe von Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Diamanten und Silizium, wie sie herausgefunden haben. Jedes Material hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften, die es ermöglichen, es als Einzelphotonenemitter zu verwenden. Darüber hinaus haben Forscher gelernt, die von diesen Emittern emittierten Photonen zu kontrollieren und sie für andere Aktivitäten einzusetzen.
Ein einzelner Photonenemitter ist für die Quanteninformatik wichtig, da er die Bildung eines photonischen Qubits ermöglicht. Qubits sind das Quantenanalogon zu einem Bit in der klassischen Informatik und bilden die grundlegende Informationseinheit. Aber bei photonischen Qubits werden anstelle von Elektronen Photonen verwendet, um Informationen zu kennzeichnen. Dort sind sie unglaublich leistungsfähig, da sie mit anderen Qubits „verschränkt“ werden können. Durch die Verschränkung (wenn zwei Qubits verschränkt werden, sind sie miteinander verbunden) können sie möglicherweise sofort und ohne Energieeinsatz über große Entfernungen hinweg kommunizieren. Das wäre so, als ob zwei Freunde buchstäblich telepathisch miteinander sprechen könnten, obwohl sie drei oder mehr Zeitzonen voneinander entfernt sind!
Einzelphotonenemitter werden immer besser, da Forscher neue Techniken ausprobieren. Veröffentlicht in Nature Photonics von Madhumitha Sastra und Serge Haroche. Forscher arbeiten hart daran, Einzelphotonenemitter-Technologie zu entwickeln … medium.com. Eine neuere Entdeckung befasst sich jedoch mit der Erzeugung dieser einzigartigen Partikel durch etwas, das als „Strain Engineering“ bezeichnet wird. Dabei wird die Geometrie eines Materials so manipuliert, dass winzige Flecken oder Defekte entstehen, die einzelne Elektronen einfangen können. Sobald diese Elektronen freigesetzt werden, emittiert jedes ein Photon, das die Wissenschaftler einfangen können.
Phil Schlosserg von Vanderbilt, einer meiner neuen Mitarbeiter im Bereich der Einzelphotonenemitter, merkt an: Einzelphotonenemitter sind nicht nur für Quantencomputer nützlich. Bildgebung und Sensorik – neue Zukunftsperspektiven: Diese Geräte werden auch in der Bildgebung weit verbreitete Anwendung finden, darunter auch wichtige Verteidigungsanwendungen. Sie könnten beispielsweise in der „Superauflösungsmikroskopie“ eingesetzt werden. Dies ist eine Methode für Wissenschaftler, mit der sie noch feinere Bilder von sehr kleinen Dingen wie Zellen oder Molekülen erstellen können. Dies ist ein entscheidender Schritt zum Verständnis, wie Dinge auf molekularer Ebene im Leben funktionieren.
Eine weitere recht bemerkenswerte Anwendung ist die „Quantensensorik“ mit Einzelphotonenemittern. Dabei handelt es sich um eine Quantensensorik, bei der Dinge wie Photonen spezielle Eigenschaften besitzen, die es ihnen ermöglichen, winzige Temperaturänderungen oder Magnetfelder zu messen. Diese könnten verwendet werden, um winzige Probleme in Materialien zu erkennen, Gesundheitschecks des menschlichen Körpers durchzuführen usw. Wir verfügen über so etwas wie hochempfindliche Sensoren, die Dinge spüren können, die für unsere normalen Sinne völlig unmerklich sind.
Obwohl Einzelphotonenemitter als wichtiger Baustein zukünftiger Technologien vielversprechend erscheinen, müssen sich Wissenschaftler noch mit einigen Herausforderungen auseinandersetzen. Der Hauptstreitpunkt bei diesen Partikeln ist ihre Zerbrechlichkeit. Sie sind jedoch potenziell empfindlich gegenüber Dingen wie Licht oder Wärme, weshalb Forscher die Moleküle schützen müssen. Der eigentliche Höhepunkt ist die Entdeckung neuer magnetischer Konfigurationen und deren Wirkung, wenn es gelingt, einen Weg zu finden, diese Partikel in der Praxis zu schützen.
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