นักฟิสิกส์สร้าง “คอกควอนตัม” ควบคุมแสงจิ๋วด้วยแรงดันไฟฟ้า

เมื่อปรับแรงดันที่ขั้วเกต ศักย์ไฟฟ้าที่เอ็กซิตอนมีประจุ “มองเห็น” ก็จะเปลี่ยนไป ส่งผลให้อนุภาคเปลี่ยนจากภาวะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระไปเป็นภาวะที่ถูกกักอย่างแน่นหนาในระดับพลังงานเฉพาะ หรือสถานะควอนตัมแบบไม่ต่อเนื่อง

การกักนี้มีความแรงมากพอให้เห็นระดับพลังงานที่แยกจากกันอย่างชัดเจนในแสงที่ปล่อยออกมา

จุดเริ่มต้นมาจากสัญญาณแสงที่ไม่คาดคิด

เดิมทีโครงการนี้ไม่ได้มุ่งสร้างแหล่งกำเนิดแสงควอนตัม ทีมวิจัยกำลังศึกษาอุปกรณ์เพื่อดูปรากฏการณ์อีกประเภทหนึ่ง แต่ระหว่างตรวจสอบโครงสร้าง พวกเขากลับพบแสงที่ “สว่างผิดปกติและมีลักษณะเป็นเส้นพลังงานชัดเจนจากบริเวณขนาดเล็กมาก”

สัญญาณที่ผิดไปจากคาดดังกล่าวทำให้ทีมต้องย้อนกลับมาตรวจสอบต้นกำเนิด จนนำไปสู่การค้นพบคอกไฟฟ้าสถิตที่สามารถกักเอ็กซิตอนมีประจุได้

หลักฐานที่ยืนยันว่าเป็นการกักแบบควอนตัมจริง

เพื่อแยกแยะว่าปรากฏการณ์นี้เป็นการกักอนุภาคแบบควอนตัมจริง ไม่ใช่เพียงการที่อนุภาคไปติดอยู่ตามตำหนิของวัสดุ นักวิจัยใช้การวัดสเปกโทรสโกปีเชิงแสงที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งรวมถึงการวัดโฟโตลูมิเนสเซนซ์และการสะท้อนแสง

ผลการทดลองแสดงให้เห็นสถานะเอ็กซิตอนที่มีระดับพลังงานแยกจากกันอย่างชัดเจน และระดับเหล่านี้เปลี่ยนแปลงตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ การปรากฏของระดับพลังงานที่แยกชัดและปรับได้ด้วยไฟฟ้าถือเป็นลักษณะสำคัญของการกักเชิงควอนตัม

ก้าวต่อไปสู่โฟตอนเดี่ยวและเครือข่ายควอนตัม

เป้าหมายถัดไปของทีมคือควบคุมรูปทรงและเรขาคณิตของคอกนาโนให้แม่นยำขึ้น พร้อมผลักดันระบบเข้าสู่ “ระบอบสองระดับ” ที่นิยามได้ชัดเจน

หากทำได้ ระบบนี้อาจรองรับการพัฒนาแหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยว การทดลองสหสัมพันธ์ของโฟตอน และอุปกรณ์ที่เก็บข้อมูลควอนตัมไว้ในสสารแล้วถ่ายโอนผ่านแสงได้

ในระยะยาว หากเทคนิคดังกล่าวสามารถทำซ้ำบนอาร์เรย์ขนาดใหญ่ได้ คอกเอ็กซิตอนที่ปรับด้วยไฟฟ้าอาจมีบทบาทในระบบสื่อสารควอนตัม ตัวประมวลผลโฟโตนิก และเครือข่ายที่เชื่อมสถานะควอนตัมในวัสดุของแข็งเข้ากับโฟตอนแต่ละอนุภาค