একটি অণু থেকে সেকেন্ডে ১০ কোটি ফোটন

কোয়ান্টাম যোগাযোগ, কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক ও আলোকীয় কোয়ান্টাম কম্পিউটার — সবই একই মৌলিক যন্ত্রাংশের ওপর নির্ভর করে: একক-ফোটন উৎস, এমন একটি যন্ত্র যা চাহিদামতো একবারে একটি করে ফোটন ছোড়ে, আর প্রতিটি ফোটন পরেরটির হুবহু এক।

প্রার্থী অনেক: একক পরমাণু, আটকানো আয়ন, অর্ধপরিবাহী কোয়ান্টাম ডট — যা সবচেয়ে পরিণত — এবং হীরা বা সিলিকনের ত্রুটি। জৈব অণু একটি ভিন্ন পথ। এদের গঠন রসায়ন দিয়ে পরমাণু ধরে ধরে নির্ধারিত হয় এবং হুবহু পুনরুৎপাদনযোগ্য; অণুর নকশা করে এদের রং বেছে নেওয়া যায়। এরা ক্ষুদ্র এবং তৈরি করতে সস্তা। কোনো আশ্রয়দাতা স্ফটিকের ভেতরে পরম শূন্যের কাছাকাছি ঠান্ডা করলে এরা সর্বোচ্চ সম্ভাব্য বর্ণালি-বিশুদ্ধতার আলো ছোড়ে এবং কার্যত কখনো ক্ষয় হয় না।

সমস্যা: আলো হারানো

একটি নিঃসারক সব দিকে আলো পাঠায়, আর তার বড় অংশ পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলনের ফলে পদার্থের ভেতরে আটকে থাকে। যে ফোটন প্রথম লেন্স ফসকায়, সেটি চিরতরে হারায়। সাধারণ সমাধান — মাইক্রোক্যাভিটি, ন্যানোতার — পদার্থে খোদাই (etching) দাবি করে। এখানে তা অসম্ভব: সেরা আলো দেওয়া জৈব স্ফটিকগুলো ভঙ্গুর এবং নির্মাণপ্রক্রিয়া সহ্য করতে পারে না।

একটি আয়না, একটি গম্বুজ আর ১৪০ ন্যানোমিটারের একটি স্তর

এরলাঙেনের ম্যাক্স প্লাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর দ্য সায়েন্স অব লাইটে স্টেফান গ্যোৎসিঙ্গারের দল এর বদলে একটি সমতল অ্যান্টেনা ব্যবহার করেছে। সিলিকার একটি স্তরের নিচে রুপার আয়না। ওপরে জিরকোনিয়াম অক্সাইডের একটি অর্ধগোলক — একটি “কঠিন নিমজ্জন লেন্স” (solid immersion lens) — সরাসরি ভিত্তিস্তরে জোড়া, যা মাত্র ১৪০ ন্যানোমিটার পুরু একটি নালি রেখে দেয়। নালিটি ভরা হয় গলিত একটি জৈব স্ফটিক (১,৪-ডাইক্লোরোবেনজিন) দিয়ে, যাতে ডাইবেনজোটেরিলিনের কয়েকটি অণু থাকে, তারপর তা জমে কঠিন হয়।

আলোকে উচ্চ প্রতিসরাঙ্কের গম্বুজের দিকে চালিত করা হয়; আয়না ফিরিয়ে দেয় সেই আলো যা উল্টো দিকে পালাত। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ, স্ফটিকটিকে নিজে কখনো খোদাই করা হয় না: সব কাঠামো ভিত্তিস্তরে। অ্যান্টেনাটি কোনো সংকীর্ণ অনুরণনের ওপর নির্ভর করে না, তাই এটি রঙের এক বিস্তৃত পরিসরে কাজ করে এবং অণুর অভিমুখের ওপর প্রায় নির্ভর করে না। নমুনাটি ১.৪ কেলভিন (−২৭১.৭৫ °সে) পর্যন্ত ঠান্ডা করা হয়।

সংখ্যাগুলো

• সংগ্রহ দক্ষতা: ৯৭ ± ২ % আলো প্রথম লেন্সে পৌঁছায়।
• একটি অণু থেকে তার পুরো বর্ণালি জুড়ে সেকেন্ডে প্রায় ১০ কোটি ফোটন সংগৃহীত — লেখকদের মতে, প্ল্যাটফর্ম যা-ই হোক, যেকোনো ক্রায়োজেনিক একক-ফোটন উৎসের জন্য প্রকাশিত সর্বোচ্চ হার। শনাক্ত হার, সেকেন্ডে ২ কোটি ১৩ লক্ষ গণনা, আগের ক্রায়োজেনিক আণবিক উৎসগুলোর চেয়ে দশ গুণ বেশি।
• বিশুদ্ধতা: ৯৭.৫ %-এর বেশি — তীব্র উদ্দীপনাতেও ফোটনগুলো সত্যিই একটি একটি করে বেরোয়।
• অভেদ্যতা (indistinguishability): ৯১.২ ± ২.৩ % — পরপর ফোটনগুলো কতটা অভিন্ন, যা সুসংগতির (coherence) সামান্য অবশিষ্ট ক্ষতিতে সীমিত।
• ১৭০.৭ ন্যানোসেকেন্ড ব্যবধানে ছোড়া দুটি ফোটনও উচ্চ দৃশ্যমানতায় ব্যতিচার ঘটায়।
• উপজাত হিসেবে, দলটি মেপেছে যে অণুটি তার উদ্দীপনার প্রায় ৯০ % আলোয় রূপান্তরিত করে — এই অণুর জন্য নিম্ন তাপমাত্রায় প্রথম প্রত্যক্ষ অনুমান।

জৈব অণু দৌড়ে যোগ দিল

ফলাফলগুলো জৈব অণুকে একক ফোটনের প্রতিযোগিতামূলক প্ল্যাটফর্মগুলোর মধ্যে স্থান দেয়: একই সঙ্গে উজ্জ্বল, বিশুদ্ধ ও সুসংগত। যেহেতু অ্যান্টেনাটিকে কোনো নির্দিষ্ট অণুর জন্য সুর মেলাতে হয় না, লেখকেরা আশা করেন এটি অন্য অণু–স্ফটিক জোড়ার সঙ্গেও, এবং তাই অন্য রঙেও কাজ করবে। তাঁদের পরের লক্ষ্য: কয়েকটি প্রতিবেশী অণুকে একই কম্পাঙ্কে সুর মিলিয়ে আলোর আরও জটিল কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরি করা — ভবিষ্যতের কোয়ান্টাম ফোটোনিক নেটওয়ার্কের দিকে একটি পদক্ষেপ।