量子网络的实现是现代物理学的主要挑战之一。现在,新的研究表明了如何从“固态”筹码中产生高质量的光子,使我们更接近量子“互联网”。
微处理器上的晶体管数量持续到每两年加倍,令人惊讶地持有Intel联合创始人Gordon Moore的预测近50年前。
如果这种情况继续下去,在未来十年内,利用微芯片中的量子力学力量的概念和技术进步将需要进行研究。开发分布式量子网络是当今许多研究人员所追求的一个有前途的方向。
目前,人们正在研究各种各样的固态系统,作为信息量子比特(qubits)的候选者,以及一些量子计算协议的方法,寻找最佳组合的竞赛正在进行。其中一个量子比特,即量子点,是由嵌入芯片的半导体纳米晶体制成的,可以通过电光控制。
作为飞行量子位元的单光子将构成分布式量子网络的组成部分。首先,它们是量子通信的自然选择,因为它们可以快速、可靠地长距离传输信息。第二,它们可以参与量子逻辑运算,前提是所有参与运算的光子都是相同的。
不幸的是,由于材料内部的退相干机制,固态量子位元(包括量子点)产生的光子质量可能很低。由于每个发射的光子都是不同的,发展量子光子网络面临着一个主要的障碍。
现在,剑桥大学Caventish实验室的研究人员已经实施了一种新颖的技术,可以从固态装置中产生单一的光子,从而质量与激光器相同。他们的研究今天发表于期刊自然通讯.
作为他们的光子源,研究人员建造了一个半导体肖特基二极管装置,其中包含单独可寻址的量子点。量子点的跃迁被用来通过共振荧光产生单光子——这是同一团队之前演示过的一种技术。
在弱励磁下,也称为Heitler制度,主要对光子产生的主要贡献是通过弹性散射。通过以这种方式操作,可以完全避免光子遮光板。研究人员能够量化这些光子在相干性和波形方面对激光相似的方式 - 结果是它们相同。
“我们的研究已经为固态量子光子仪的工具箱增加了相干光子塑造和一代的概念,”来自物理系的Mete Atature博士表示,他领导了研究。
“我们现在正在实现高度的单个光子,其质量与激光器相同,具有相干可编程波形的进一步优势 - 通过自发衰减的传统单光子产生的显着范式转变。”
已经提出了用于依赖于该光子生成方案的量子计算和通信的协议,并且该工作也可以扩展到其他单个光子源,例如单分子,金刚石和纳米线中的颜色中心。
“我们正处于量子技术的黎明,而量子计算是众多令人激动的可能性之一,”Atature补充道。
“我们的结果尤其建议分布式量子网络中的多个远程Qubits可以共享从芯片的不利性质中解放的高度相干和可编程的光子互连。因此,在具有非常高保真的远处Quantum-Dot旋转Qubits之间产生量子缠结和执行量子传送的能力现在只是时间问题。“
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