量子加密好消息:研究人员发现高效率产生光子方法

作者:nana, 星期二, 十一月 6, 2018
来源:https://www.aqniu.com/news-views/40389.html

史蒂文斯技术学院和哥伦比亚大学的研究人员开发了一套可扩展的精确方法,能在芯片上创建大量量子光源。这些光源可被用于量子计算机和量子加密系统。研究人员称,该方法结合了空间控制与可扩展性,能够高效率地按需发射光子。

研究人员利用金属纳米立方体的顶角进行电场强化和2D材料变形。这些纳米等离激元平台让研究人员得以观察同一个量子发射器在耦合前后的状态。

哥伦比亚大学的团队研究出了可以生长近完美晶体的技术。这些几乎无缺陷的晶体可以用于构造量子发射器阵列。在用金子制造的纳米立方体表面覆盖上一层半导体材料原子薄膜,当薄膜绷上立方体的顶角,便留下了一个确定位置的印记,单光子发射器就在那里形成。

除了在芯片上印制量子发射器,该金子纳米立方体还充当了环绕量子发射器的光学天线。为形成该纳米天线,研究人员在纳米立方体底面附上了镜子。量子发射器便在该金子纳米立方体与镜面之间生成,只留下仅5纳米的缝隙。

史蒂文斯技术学院的 Stefan Strauf 教授说:

镜子与纳米立方体之间那狭窄的空间,制造了可以将所有光子都汇集到该狭窄缝隙当中的光学天线,因而能够集中起所有的能量。基本上,这一结构提供了将单光子从确定位置快速射向指定方向所需的激励。

研究人员在一块 3 × 4 的量子发射器阵列上获得了高达551的珀赛尔系数;单光子发射率可至 42 MHz;激子线宽更是低至 55 μeV。研究人员表示,每秒4200万个单光子的发射速度创造了新纪录。应用该新方法,每两个触发器便可以按需产生一个光子,比之前每100个触发器才可以产生一个光子高效太多。

虽然很微小,这些发射器却异常坚强。它们非常稳定,温度高点儿低点儿,甚至谐振器拆了重装,都不影响它们的正常工作。绝大多数量子发射器必须保持在绝对零度,也就是 -273℃,但是新技术可以在 -70℃ 的环境中工作。虽然还没达到室温的程度,但当前的试验表明人类将来可以造出室温下运行的量子发射器。

该研究论文发表在《自然·纳米技术》的链接:

https://doi.org/10.1038/s41565-018-0275-z

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