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希伯来大学研发出紧凑、高效、可在自然环境下工作的单光子源

希伯来大学研发出紧凑、高效、可在自然环境下工作的单光子源

作者:澳门新萄京    来源:未知    发布时间:2020-01-04 12:52    浏览量:

[据固体技术网站2016年5月6日报道] 量子信息科学和技术已经成为二十一世纪的一个新范式,大大加快计算速度和安全通信。所有量子系统的核心是最基本的基础单元,量子比特或qbit,其携带量子信息进行传送和处理。实现快速、长距离量子信息传递最有前途的qbit载体是光子,光的量子单位。

澳门新萄京,浙大科学家实现室温下的电驱动单光子源

科学家们面临的挑战是制备出完成各种量子信息任务的人工光子源。最大的挑战之一是发展高效,可扩展的光子源,可以安装在芯片上,并在室温下工作。当前实验室使用的大部分光子源需要非常冷的环境,这就需要大型、昂贵的冰箱。许多光子源释放出的光子方向不确定,带来高效采集困难的问题。

高品质的单光子源是实现光量子信息技术的基础。浙江大学光电学院方伟与化学系金一政、彭笑刚合作,首次实现了室温下基于胶体量子点的电驱动高纯度单光子源,为研发实用化、集成化的单光子源开辟出一条新路。研究论文于近日发表于Nature Communications。论文第一作者为博士生林星、戴兴良、濮超丹。

现在,来自耶路撒冷希伯来大学的一组科学家已经展示了一个高效和紧凑的单光子源,可以在自然环境温度下,在一个芯片上运行。科学家们采用半导体材料微纳米晶体建立了一种方法,可将一个纳米晶体准确地定位在一个专门设计和精心制造的纳米天线顶部。

单光子源与我们日常所见的传统光源大为不同。太阳光、电灯等发出的都是“抱团”的光子,而单光子源顾名思义,它在确定的时间内最多发射一个光子。光子“单行”,才能实现量子通信、光量子计算机等新一代技术所依赖的量子效应。

以同样的方式,屋顶上大型天线可直接发射无线电波用于传统蜂窝和卫星传输,纳米天线可有效地将纳米晶体中发射出的单光子直接发射到一个确定的空间方向。这种结合了纳米晶和纳米天线的装置能够产生一个高度定向的单光子流,以创纪录的低散射角全部飞向同一个方向。然后这些光子被发送到单光子探测器,进行检测和分析。

设计制造出可集成化、使用方便的理想的单光子源一直是科学家们追求的目标。在凝聚态领域,目前主流的方法有自组织量子点与金刚石色心等两种体系,但面向实际应用,仍然充满着局限与巨大挑战。2014年起,方伟、金一政、彭笑刚等学者联手,另辟蹊径,尝试用胶体量子点来制造新型的单光子源。

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