来自不同来源的双光子

相同的光粒子(光子)对于许多基于量子物理学的技术都很重要。来自巴塞尔和波鸿的一组研究人员现在已经用不同的量子点产生了相同的光子——这是迈向防敲击通信和量子互联网等应用的重要一步。

许多利用量子效应的技术都是基于完全相等的光子。然而，产生这样的光子是极其困难的。它们不仅需要有完全相同的波长(颜色)，而且它们的形状和偏振也必须匹配。

由巴塞尔大学的Richard Warburton领导的一个研究小组，与波鸿大学的同事合作，现在已经成功地创造出来自不同且相距很远的源的相同光子。

量子点中的单个光子

在他们的实验中，物理学家使用了所谓的量子点，这是半导体中只有几纳米大小的结构。在量子点中，电子被困住，它们只能具有非常特定的能级。从一层过渡到另一层时发出光。在触发这种转变的激光脉冲的帮助下，按一个按钮就可以产生单个光子。

“近年来，其他研究人员已经用不同的量子点创造出了相同的光子，”该研究的博士后研究员、第一作者翟琏解释说。该研究最近发表在《自然纳米技术》上。“然而，要做到这一点，他们必须从大量的光子中使用光学滤波器选择那些最相似的光子。”这样就只剩下很少的可用光子了。

沃伯顿和他的合作者选择了一种不同的、更雄心勃勃的方法。首先，波鸿的专家们生产出了纯度极高的砷化镓，量子点就是由砷化镓制成的。因此，不同量子点之间的自然变化可以被保持到最小。巴塞尔的物理学家随后用电极将两个量子点暴露在精确调谐的电场中。这些场改变了量子点的能级，它们被调整到这样一种方式，即量子点发出的光子具有完全相同的波长。

93%相同

为了证明这些光子实际上是不可区分的，研究人员将它们发送到一面半镀银的镜子上。他们观察到，几乎每一次，光粒子要么成对穿过镜子，要么成对反射。通过观察，他们可以得出结论，这些光子有93%是相同的。换句话说，这些光子形成了双胞胎，尽管它们“出生”时完全独立于彼此。

此外，研究人员还能够实现量子计算机的一个重要组成部分，即所谓的受控NOT门(CNOT门)。这种门可以用来实现量子算法，解决某些问题的速度比经典计算机快得多。

博士生Gian Nguyen承认:“目前我们的相同光子的产量仍在1%左右。”他和同事克莱门斯·斯平德勒一起参与了这项实验。“然而，我们已经有了一个相当好的想法，如何在未来提高产量。”这将使双光子方法为在不同量子技术中的潜在应用做好准备。

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Richard J. Warburton教授，巴塞尔大学物理系，电话+41 61 207 35 60，电子邮件:richard.warburton@unibas.ch

Originalpublikation:

翟亮，蒋n . Nguyen, Clemens Spinnler等。
来自远端GaAs量子点的相同光子的量子干涉。
自然纳米技术(2022)，doi: 10.1038/s41565-022-01131-2
http://doi.org/10.1038/s41565-022-01131-2

Weitere Informationen:

http://www.unibas.ch

来自不同来源的相同光子