碳納米管有望成量子單光子源

擁有一個簡單有機分子的碳納米管的功能化產生缺陷位點,改變缺陷的電子結構將帶來室溫條件下電信波長的單光子發射。

圖片來源：美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室官網

科技日報北京6月20日電 （記者劉霞）據美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室官網近日消息，該實驗室研究人員正與法國、德國夥伴合作，探索碳納米管作為量子信息處理所用的單光子發射器的潛能。發表在最新一期《自然·材料學》雜誌的新研究將促進基於光學的量子通信和量子計算的發展。

論文作者之一、該實驗室集成納米技術中心（CINT）科學家斯蒂芬·多倫表示：「將納米管集成到光學腔體中，以操控並優化發光特性，我們對這方面的進展特別感興趣。碳納米管可以很好地集成到光學結構中，集成到電致發光設備中的碳納米管可以更好地控制發光時序。我們正著力研究將碳納米管的缺陷狀態作為室溫條件下電信波長單光子發射器通路，以及其光物理學屬性。」

在傳統信息網路中，信息以「比特」的形式流動，用電子電路處理和調製，並通過光脈衝傳輸；而量子信息網路採用「量子比特」來處理和存儲量子信息。不同於經典網路，量子信息網路不同節點之間的信息傳輸採用的是單光子，而不是強烈的光脈衝。

論文指出，良好的單光子源（在規定時間內最多發射一個光子的光源）對於量子信息處理與量子通信非常重要，而傳統光源，如太陽光、電燈等，發射的都是「成群結隊」的光子。

有鑒於此，該實驗室研究人員與法國、德國的合作夥伴們一起探索將碳納米管作為量子信息處理所用單光子發射器的潛能。目前，實驗室已開發出經化學方法修改的納米管結構，故意製造出缺陷、局部化激子，並控制它們釋放的方法。

多倫表示，接下來，他們打算將納米管集成到光學諧振器中，從而增強光源亮度併產生難以區分的光子。他說：「要創造出彼此之間難以區分的單光子，依賴於將這些碳納米管功能化，使其適合設備集成，並最小化缺陷位點與環境之間交互的能力。」

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