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澳大利亚麦考瑞大学发现产生单光子的新方法
2019-02-20


[据物理学组织网站20190219日报道]澳大利亚麦考瑞大学领导的国际研究小组研发了一种将普通激光转换成光量子的新方法。砷化镓作为一种半导体材料,被广泛的应用于太阳能电池等领域,新方法使用了砷化镓纳米薄膜,并将薄膜夹在两个镜子之间,以操纵进入的光子。



光子与半导体中的电子-空穴对相互作用,形成新的嵌合粒子,称为极化激元,它同时具有光子和电子-空穴对的特性。极化激元在几皮秒的时间内衰变,释放出光子,这些光子呈现出明显的量子特征。



研究结果发表在《Nature Materials》杂志上。虽然目前这些量子信号还非常的微弱,但这项工作为产生单光子开辟了一条新途径。



物理与天文学系副教授、论文的第一作者Thomas Volz表示:按需产生单光子的能力对于量子通信和光量子信息处理的未来应用非常重要,想想不可破解的加密技术,超高速计算机,超高效计算芯片,甚至是极低功耗光学晶体管。这些技术都需要通过量子技术来实现。



目前,单光子发射器通常通过材料工程的方法制造,而材料本身的组装方式也是量子行为。这种标准的方法在制造越来越小尺寸的器件上,具有严重的局限性,因为只是用材料工程方法制造单光子发射器是极具挑战性的。



来自于麦考瑞大学的论文第一作者Guillermo Munoz Matutano博士说:这意味着,一旦我们的方法所产生的量子信号强度能够提升,就更易于大规模扩展。我们或许能够通过光子纳米结构工程的方法,而不是材料工程的方法,从半导体中制造出相同的量子发射器。



Thomas说:虽然这种方法在现实世界的应用还很遥远,但我们的研究描述是一个重要的里程碑,特别是在最近的1015年的时间里,极化激元一直是研究的热点。研究人员尚未发现极化激元强烈的相互作用是否可以在光子上留下量子信息,这为研究人员开辟了一个全新的研究领域。(工业和信息化部电子第一研究所  李茜楠)



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