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量子网络迎来新希望!纠缠态发光二极管首次在通信窗内成功运作

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研究者们展示了一种新的量子发光二极管,它是首个能够发出波长约为 1550 纳米的单光子和纠缠态光子对的设备,而此波长正位于标准通信窗的范围内。

实现利用纠缠态的量子状态完成复杂计算在内的量子计算的科学和工程上的挑战之一就是创造一个可以电控产生单光子在量子网络中承载数据的器件。产生这些单光子的方法之一是利用精确设置的光学元件构成复合多激光装置。近来,层状材料制成的量子发射器展现出了发展潜力。但即便是这些层状材料也需要某种光源去触发单光子的发射。

人们认为,对于未来量子网络、远距离量子通信系统、量子密码设备等应用来说,工作在此波长的单光子源是至关重要的因素。

图片来源:MeteAtatüre

来自东芝欧洲研究院、谢菲尔德大学和剑桥大学包括 tina müller 在内的研究者们发表了一篇关于最新量子光源的文章,刊登在了最近一期的《自然通讯》上。

剑桥大学的研究者在《自然·通信》发文称,作为有光学活性的半导体,二硒化钨和二硫化钨可以用于制作量子光发生器。 过渡金属硫族化合物薄层提供了一个电子填充空穴的二维紧密受限区域。当电子移动到处于较低能级的空穴中时,能级差会产生一个光子。在英国研究者制作的量子LED中,电压推动电子通过器件并填充空穴,产生单光子。研究者们相信,这个完全电控的超薄平台将使量子通信中的片上单光子发射更接近现实。 “最终,我们需要一个可以通过电脉冲控制的完全集成器件,而不必用外部光源将激光汇聚在电路的不同部分。”论文的主要作者之一,来自剑桥大学卡文迪许实验室的教授MeteAtatüre在新闻发布会上说道。“对于单光子量子通信和不同节点之间的量子网络来说,我们希望仅仅通过驱动电流得到光。有很多发射器是光驱动的,但只有少数是电驱动的。” 这项研究表明二硒化钨可以作为电控量子发射器。然而研究者也表明二硫化钨是一种全新的可以全电控产生可见光波段单光子的量子发射器。 Atatüre补充道:“我们选择二硫化钨是因为我们想看看是不是不同材料能发射不同光谱范围的单光子。因此,我们发现量子发射并不是二硒化钨的独特性质,这暗示着许多其他层状材料也可能有这种量子点特性。”

图丨量子点发光二极管的加工阶段及其扫描电子显微镜图像

müller 表示:“这是史上首次量子设备能够达到最新量子密钥分发和量子通信系统的基本要求。”

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