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麻省理工大学研究人员研发钙钛矿量子点单光子源
2019-02-22


[据物理学组织网站20190221日报道]目前,全球的科研人员都在探索以量子物理为基础的实用计算和通信?#38469;酰?#21333;光子源具有恒定、可预测和稳定的特性,被认为具有巨大的应用前景。麻省理工大学和瑞士苏黎世联邦理工大学的研究人员表示,他们在单光子源研究方面迈出了重要的一步。



该研究团队使用钙钛矿材料制造量子点单光子源,研究内容发表在《Science》杂志上。论文作者包括麻省理工大学研究生院化学系学生Hendrik Utzat、教授Moungi Bawendi以及9位麻省理工和苏黎世联邦理工大学的学生。



由于光子之间的量子特性难以区分,所以产生确定(波长、颜色)和稳定(不受环境影响产生波动)的单光子是量子点单光子源至关重要的能力。例如,它可以改变其中一个光子的相位,然后与其他光子相互作用产生干涉。



Utzat解释到:单光子的干涉是光学量子信息?#38469;?#30340;基础,但只有当单光子之间具有相干性的情况下,干涉才会发生,这意味着它们的量子态需要保持足够长的时间。许多研究人员都在试图制造出能够发射相干光子的单光子源,但是?#21152;?#30528;自身的局限性。这些单光子源的材料将会随机的改变光子的特性,从而破坏光子相干性。Utzat说:?#19994;?#33021;够保持一致性、稳定性的发射材料是核心挑战。这是因为不仅周围环境,甚至材料本身都会产生一个波动的场,它随机与量子态粒子相互作用,从而影响粒子的相干性。



Bawend:“单光子源产生的光子不具有相干性,就不会产生任何量子效应,这是光量子信息的基础。另一种利用光子相干性的量子效应是纠缠,在纠缠状态下,两个光子的性质表现的完全一致,它们共享所有的性质属性。



在之前,化学胶体量子点材料的相干时间非常的短,但是研究团队发现,利用钙钛矿(钙钛矿是由其晶体结构定义的一类材料)制造量子点,其产生的相干?#21592;?#20043;前的材料好上千倍。这些钙钛矿胶体量子点的相干性已经接近既定的发射水平。研究人员发现,钙钛矿在受到激光的激发后能够很快的发射出光子。这一优点可能是量子计算的一个关键性质,并且它与周围环境的相互作用非常小,提升了其相干?#38498;?#31283;定性。



Bawendi说:利用相干光子的纠缠特性可以实现对量子通信的加密,这是一种能够识别拦截且绝对安全的通信方法。目前,研究团队的下一步工作是要优化和改进这些特性,使其具有扩展?#38498;?#23454;用性。首先,它们需要在产生的光子中实现100%的不可分辨。到目前为止,它们已经达到了20%Utzat:“这是非常显著的进步,已经可以与其他材料(已经建立了系统且使用了很长时间的材料)相媲美了。



Bawendi说:钙钛矿量子点想要实际应用还有很长的路要走,但这是一种可能与器件集成的新型材料,我们目前的研究非常基础,还需要大量的工作才能达到实际应用的水平。然而,这是朝着开发新材料平台迈出的一大步。  (工业和信息化部电子第一研究所  李茜楠)



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