电子触发器会触发单一的,相同的光子

安全的电信网络和快速的信息处理使现代生活成为可能。为了提供比目前可能的更安全、更快、性能更高的信息共享,科学家和工程师们正在设计利用量子物理规则的下一代设备。这些设计依靠单个光子在量子网络和量子芯片之间编码和传输信息。然而,产生单光子的工具还不能提供量子信息技术所需的精度和稳定性。

正如《华尔街日报》最近报道的那样德赢手机版科学的进步美国的研究人员已经找到了一种方法,可以按需产生单一的相同光子。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的研究人员领导的研究小组通过将金属探针置于普通二维半导体材料的指定点上,用电触发了光子发射。光子的性质可以简单地通过改变施加的电压来调整。

伯克利实验室的科学家Alex Weber-Bargioni说:“在一个精确点上的电驱动单光子发射的演示,是探索可积量子技术的一大步。分子铸造谁领导了这个项目。这项研究是材料量子相干新途径中心(NPQC)该中心的首要目标是找到保护和控制量子存储器的新方法,为量子计算技术的新材料和设计提供新的见解。

光子是量子信息最强大的载体之一,它可以在不丢失记忆的情况下远距离传播,也就是所谓的相干性。迄今为止,大多数已建立的计划

电子触发器会触发单一的,相同的光子

当施加电压时,薄膜材料发出的光子的强度和位置会在一张地图上显示出来。(来源:伯克利实验室)

为了安全的通信传输,大规模量子通信需要光源一次产生一个光子。每个光子必须有一个精确定义的波长和方向。伯克利实验室演示的新型光子发射器实现了这种控制和精度。它可以用于在不同芯片上的量子处理器之间传输信息,并最终扩展到更大的处理器和未来连接世界各地复杂计算机的量子互联网。

光子发射器是基于一种常见的二维半导体材料(二硫化钨,WS2),它的晶体结构中去掉了一个硫原子。仔细定位原子缺陷,或缺陷,作为一个点,光子可以通过应用电流产生。

挑战不是如何产生单个光子,而是如何使它们真正相同并按需产生。光刻技术制造的光子发射装置,如点亮QLED电视的半导体纳米粒子或“量子点”,受到固有的可变性的影响,因为没有一个基于模式的系统可以完全相同到单个原子。与韦伯-巴乔尼合作的研究人员采用了一种不同的方法,在石墨烯薄片上生长薄膜材料。任何引入到薄膜原子结构中的杂质在整个样品中都是重复和相同的。通过模拟和实验,该团队决定在哪里引入一个不完善的地方,否则统一的结构。然后,通过在该位置施加电接触,他们能够触发材料发射光子,并通过施加的电压控制其能量。然后光子就可以携带信息到很远的地方。

“单光子发射器就像一个终端,精心准备但脆弱的量子信息被传送到一个闪电般快、坚固的盒子里,”布鲁诺·舒勒说

电子触发器会触发单一的,相同的光子

主要作者布鲁诺舒勒。(图片由Bruno Schuler提供)

分子铸造厂博士后研究员(现在是瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究科学家),是这项工作的主要作者。德赢手机版

实验的关键是扫描隧道显微镜的镀金尖端,它可以精确地定位在薄膜材料的缺陷部位。当在探针尖端和样品之间施加电压时,探针尖端向缺陷中注入电子。当电子从探针尖端移动或通过隧道时,它的能量的一部分被明确定义为一个光子。最后,探头的尖端充当天线的作用,帮助引导发射的光子到一个光学探测器,该探测器记录光子的波长和位置。

通过映射从包含各种缺陷的薄膜中发射的光子,研究人员能够确定注入电子、局部原子结构和发射光子之间的关联。通常,这种地图的光学分辨率被限制在几百纳米。多亏了极具局限性的电子注入,再加上最先进的显微镜工具,伯克利实验室的团队可以确定光子在物质的什么地方出现,其分辨率低于1埃,大约是一个原子的直径。详细的光子图对于精确定位和理解电子触发的光子发射机制至关重要。

“就技术而言,这项工作是一个巨大的突破,因为我们可以以亚纳米分辨率映射单个缺陷的光发射。凯瑟琳·科克伦说,她是分子铸造场的博士后研究员,也是这篇论文的主要作者。

以原子精度定义二维材料中的单光子光源,为理解这些光源的工作原理提供了前所未有的关键洞见,并提供了制造完全相同光源组的策略。这项工作是NPQC致力于探索非均匀二维材料中的新型量子现象的一部分。

二维材料作为下一代光子发射器的强大平台正处于领先地位。这种薄膜很灵活,很容易与其他结构集成,现在提供了一种系统的方法来引入对光子发射的无与伦比的控制。基于这些新结果,研究人员计划在量子网络和量子模拟中使用新材料作为光子源。

这项研究得到了美国能源部科学办公室和瑞士国家科学基金会的支持。德赢手机版

分子铸造厂是美国能源部位于伯克利实验室的科学用户设施办公室。德赢手机版



这份新闻稿中的材料来自最初的研究机构。内容可以根据样式和长度进行编辑。有问题吗?vwin彩票投注

订阅

每天早上发一封电子邮件,里面有我们最新的帖子。从医学研究到太空新闻环境能源。技术物理。

感谢您的订阅。

发生了一些错误。