量子光源為光電路鋪平了道路

慕尼黑工業大學（TUM）的物理學家們用氦離子轟擊薄的硫化鉬層，成功地將光源放置在原子性的薄材料層中，其精度高達幾納米,這種新方法在量子技術中有著廣泛的應用。

由慕尼黑理工大學（TUM）物理學家亞歷山大霍利特納（Alexander Holleitner）和喬納森芬利（Jonathan Finley）領導的一個國際團隊，成功地將光源放置在原子性較薄的材料層中，其精度僅為幾納米。這種新方法可以在量子技術中應用很多，從智能手機中的量子感測器和晶體管到數據傳輸的新加密技術。

以前的晶元電路依靠電子作為信息載體。在未來，以光速傳輸信息的光子將能夠在光學電路中承擔這項任務。量子光源，然後與量子光纖電纜和探測器連接，是這種新型晶元的基本組成部分。

由麻省理工大學物理學家亞歷山大霍利特納和喬納森芬利領導的一個國際團隊現在已經成功地在原子層薄的材料層中創造出這樣的量子光源，並使它們具有納米精度。

光學量子計算機的第一步

這項研究的主要作者朱利安克萊恩說：「這是向光量子計算機邁出的第一步。因為在未來的應用中，光源必須與光子電路、波導耦合，以使基於光的量子計算成為可能。」

這裡的關鍵點是光源的精確可控位置。在傳統的三維材料如金剛石或硅中可以製造出量子光源，但它們不能精確地放置在這些材料中。

確定性缺陷

然後，物理學家用一層半導體二硫化鉬（MoS2）作為起始材料，該材料層只有三個原子厚。他們用氦離子束照射，聚焦在不到一納米的表面積上。

為了產生光學活性缺陷，將所需的量子光源、鉬或硫原子精確地敲出該層。這些缺陷是所謂的激子、電子空穴對的陷阱，它們隨後發射出所需的光子。

從技術上講，沃爾特·肖特基研究所納米技術和納米材料中心的新型氦離子顯微鏡對於這一點至關重要，它可用於以無與倫比的橫向解析度照射此類材料。

在通往新光源的路上

與圖姆大學、馬克斯普朗克學會和不來梅大學的理論家一起，研究小組開發了一個模型，該模型還描述了在理論上的不完善處觀察到的能量狀態。

在未來，研究人員還希望創造出更為複雜的光源模式，例如在橫向二維晶格結構中，從而也能研究多激子現象或外來物質的性質。

這是通往這個世界的實驗門戶，長久以來，這個世界只是在所謂的玻色-哈伯德模型（Bose-Hubbard model）的理論範圍內被描述出來，這個模型試圖解釋固體中的複雜過程。

量子感測器、晶體管和安全加密

不僅在理論上，而且在可能的技術發展方面也可能取得進展。由於光源在材料中總是有相同的潛在缺陷，因此理論上它們是不可區分的。這使得基於糾纏的量子力學原理的應用成為可能。

克萊恩說：「我們可以非常優雅地將量子光源集成到光子電路中。」例如，由於高靈敏度，可以為智能手機構建量子感測器，並開發極其安全的數據傳輸加密技術。」

來源：https://phys.org/news/2019-08-nanoworld.html

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