创纪录的单光子源每秒可产生数十亿个量子粒子

新的单光子源基于量子点的激发（在左下方显示为凸起），然后发射光子。微腔确保将光子引导到光纤中并在其末端出射。

巴塞尔大学和波鸿鲁尔大学的研究人员已经开发出一种单光子源，该光子每秒可以产生数十亿个这样的量子粒子。凭借创纪录的效率，光子源成为量子技术的新的强大组成部分。

量子密码术保证绝对安全的通信。这里的关键组成部分是单光子串。信息可以存储在这些光粒子的量子状态中，并可以长距离传输。将来，远程量子处理器将通过单个光子相互通信。也许处理器本身将使用光子作为计算的量子位。

但是，此类应用的基本先决条件是有效的单光子源。来自巴塞尔大学的Richard Warburton教授，Natasha Tomm和Alisa Javadi博士以及Bochum的同事领导的研究小组现在在《自然纳米技术》杂志上报道了单光子源的开发，该单光子源在意义上大大超过了先前已知的系统。效率。

“漏斗”引导轻粒子

每个光子都是通过激发半导体内部的单个“人工原子”（量子点）而产生的。通常，这些光子在所有可能的方向上离开量子点，因此损失了很大一部分。在现在介绍的光子源中，研究人员通过将量子点放置在“漏斗”内以将所有光子按特定方向发送来解决了这个问题。

“漏斗”是一种新颖的微腔，代表了研究团队的真正创新：微腔捕获几乎所有的光子，然后将它们引导到光纤中。每个大约两厘米长的光子出现在光纤的末端。

整个系统的效率（即量子点的激发实际上产生可用光子的概率）为57％，是以前的单光子源的两倍以上。主要作者理查德·沃伯顿（Richard Warburton）解释说：“这是一个非常特殊的时刻。”“从原则上讲，我们已经知道了一两年了。现在，我们已经成功地将我们的想法付诸实践。”

极大地提高了计算能力

Warburton补充说，效率的提高将产生重大影响。“将单个光子的创建效率提高两倍，可以使一串20个光子的整体提高一百万倍。将来，我们希望使我们的单光子源更加完善：我们希望简化它，并在量子密码学，量子计算和其他技术中追求其无数的应用。”

参考：Natasha Tomm，Alisa Javadi，Nadia Olympia Antoniadis，Daniel Najer，Matthias ChristianLöbl，Alexander Rolf Korsch，RüdigerSchott，SaschaRenéValentin，Andreas Dirk Wieck，Arne Ludwig和Richard John Warburton的“明亮而快速的相干单光子源” ，2021年1月28日，自然纳米技术。DOI：
10.1038 / s41565-020-00831-x

该项目由瑞士国家科学基金会，“量子科学与技术”国家研究能力中心（NCCR QSIT）和欧盟根据Horizo​​n2020计划资助。