科学家设法使用量子点克隆光子
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在基于量子物理学原理开发实用计算和通信设备的全球追求中，一个潜在有用的组件被证明是难以捉摸的：具有完全恒定，可预测和稳定特征的单个光颗粒来源。现在，麻省理工学院和瑞士Eth Zurich的研究人员说，他们已经迈向了这样的单个光子来源。
该研究涉及使用称为钙钛矿的一系列材料制作发光的颗粒，称为量子点，最近出现在《科学》杂志上。
具有精确已知和持久特性的单个光子（包括波长或颜色）根本不波动的能力可能对许多类型的拟议量子设备有用。因为每个光子在其量子机械性能方面都与其他光子没有区别，因此，例如，以一种称为干扰的现象，有可能延迟其中一个，然后使这对相互作用。
Utzat解释说：“这种不同可区分的单光子之间的量子干扰是使用单个光子作为信息载体的许多光学量子信息技术的基础。”“但是只有在光子连贯的情况下才起作用，这意味着它们将其量子状态保存足够长的时间。”
许多研究人员试图生产可能发出这种连贯的单个光子但都有局限性的来源。这些发射器周围材料中的随机波动倾向于以不可预测的方式改变光子的性质，从而破坏它们的连贯性。Utzat说，寻找保持连贯性且稳定的发射极材料“从根本上具有挑战性”。这不仅是周围环境，甚至材料本身“本质上都提供了一个波动的浴缸，与电子激发的量子状态随机相互作用并消除了连贯性，”他说。
莱斯特·沃尔夫（Lester Wolfe）化学教授Bawendi说：“没有具有连贯的单光子来源，您将无法使用这些量子效应中的任何一种，这些量子效应是光学量子信息操纵的基础。”他说，具有连贯的光子可以利用的另一个重要的量子效应是纠缠，其中两个光子基本上表现得好像是一个光子，共享了所有属性。
以前的化学制造胶体量子点材料的相干时间短，但是该团队发现，从钙钛矿制作量子点是由其晶体结构定义的材料家族，产生的相干水平比以前的版本好了一千倍以上。这些胶体钙钛矿量子点的相干性能正在接近已建立的发射器的水平，例如钻石中的原子样缺陷或使用气相束外观的物理学家生长的量子点。
他们发现，钙棍蛋白酶的最大优势之一是，它们在被激光束刺激后很快发射光子。对于潜在的量子计算应用程序，这种高速可能是至关重要的特征。他们与周围环境的相互作用很少，从而大大提高了其连贯性和稳定性。
Bawendi说，这种相干的光子也可以用于量子加密的通信应用。一种称为极化纠缠的特定纠缠可以成为违反拦截尝试的安全量子通信的基础。
现在，团队找到了这些有希望的属性，下一步是致力于优化和提高其性能，以使其可扩展和实用。一方面，他们需要在产生的光子中实现100％的不可区分性。到目前为止，他们已经达到了20％，“这已经非常了不起，”乌塔特说，已经与其他材料所达到的连贯性相当，例如钻石中已经建立的系统，并且已经在更长的时间上工作了。
他说：“钙钛矿量子点还有很长的路要走，直到它们适用于实际应用中，但这是一种用于量子光子学的新材料系统，现在可以优化并可能与设备集成。”
研究人员说，这是一种新现象，将需要大量工作才能将其发展到实用水平。“我们的研究非常基本，” Bawendi指出。“但是，这是开发一个有希望的新材料平台的重要一步。”
资料来源：麻省理工学院
