助力量子通信和量子计算,科学家实现了利用单

助力量子通信和量子计算,科学家实现了利用单

时间:2020-03-20 09:47 作者:admin 点击:
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图片:自然通讯(2020)

剑桥大学的研究人员开发了一种通过在专门设计的发光二极管(LED)中移动单电子来产生单光子的新技术。这项技术发表在《自然通信》杂志上,可以帮助发展新兴的量子通信和量子计算领域。

单个光子(光的基本粒子)可以承载数百公里的量子信息传递。因此,可以产生单个光子的光源是许多量子技术中的重要组成部分。到目前为止,研究实验室已经可以利用半导体中的自组装量子点或金刚石中的结构缺陷制造了单光子源。这些点和缺陷的形成是一个随机过程,因此很难预测这些单光子源的位置和光子能量(或波长)。在将光子源集成到大型量子网络中时,这种随机性可能会带来挑战。

在本文中,研究人员表明,通过一次仅移动一个电子与一个``空穴''(共价键上流失一个电子,最后在共价键上留下空位的现象。)。

该研究小组负责人克里斯托弗·福特(Christopher Ford)教授说:“在实验中,我们仅使用行业兼容的制造工艺在砷化镓(GaAs)表面附近制造了一个器件。这种装置由一个靠近空穴区域的电子区域和一个介于两者之间的狭窄通道组成。”

为了一次只传输一个电子,我们沿表面发射声波。在砷化镓中,这种“表面声波”还会产生伴随的电势波,其中每个最小电势仅携带一个电子。像传送带一样,势波将单个电子一个接一个地带到空穴的区域。当每个电子在下一个电子到达之前迅速与空穴复合时,就会生成一系列单光子。

可以给每个单个光子极化来传送消息,以使窃听者无法侦听该消息而不被检测到。

除了是新颖的单光子源之外,更重要的是,使用这种新技术还可以将电子自旋的状态转换为光子的极化状态。通过桥接使用单光子作为“飞行”量子位的基于半导体的量子计算机,可以实现建立大规模分布式量子计算网络的宏伟目标。