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创新的新设备为量子技术指明了道路

CRANN和trinitys物理学院的研究人员创造了一种创新的新设备,它将从量子点发射光的单个粒子,即光子。量子点是实用量子计算机、量子通信和其他量子设备的关键。

该团队通过他们的设备对之前的光子系统设计进行了重大改进,该设备允许可控的、定向的单光子发射,并产生一对量子点的纠缠态。

量子位和量子计算的前景

量子计算机的前景充分利用了量子比特的特性。“没有,qubits”mdash;执行计算。当前的计算机以0或1的位来处理和存储信息,而量子位可以同时为0和1。这意味着量子计算机将拥有比传统计算机更大的计算能力。

科学家们正在探索使量子计算成为现实的不同选择和设计。其中一个想法是利用光子系统,利用光在纳米尺度上的量子特性,作为量子位元。三一学院的研究小组最近在著名期刊《纳米快报》上发表了一篇论文,对这种系统进行了探索。

他们的系统利用量子发射器(被称为量子点的纳米材料)在时间和空间中以可控的方式发射出的光的单光子。对于量子计算等应用,有必要控制这些点的发射,并产生这些点对发射的量子纠缠。

量子纠缠是量子力学的一个基本属性,当一对或一组粒子以量子力学的方式联系在一起时,就会发生量子纠缠,这对粒子中的每个粒子的量子状态都不能独立于其他粒子的状态来描述。本质上,两个纠缠量子点可以发射纠缠光子。

克兰和特里尼的物理学院的约翰·多尼根教授说:

该装置的工作原理是将一个金属尖端置于含有量子点的表面几纳米以内。尖端受到光的激发,并产生巨大强度的电场,从而大大增加这些点发射的单光子的数量。这种强场还可以耦合量子点对的发射,以量子光源特有的方式纠缠它们的状态。

另一个显著的优势是,该设备的工作机制,通过目前最先进的光子器件的量子计算应用。

trinity&ann物理学院的量子纳米光子学教授Ortwin Hess补充道:

通过扫描包含量子点的表面上的金属尖端,我们可以产生所需的单光子发射。这种装置比目前试图将金属尖端或空腔固定在量子点附近的系统要简单得多。我们现在期望这个装置和它的操作将会对量子技术的量子发射器的研究产生显著的影响。

赫斯教授和多尼根教授的合作始于赫斯教授在伦敦帝国学院的时候,他将通过SFI研究教授计划继续担任三一学院的教授。

该团队计划制造能够演示受控单光子发射的设备,并为爱尔兰的量子技术研究做出巨大贡献。

参考文献:受控无空腔、单光子发射和近场激发量子发射体的二部纠缠作者Frank Bello, Nuttawut Kongsuwan, John F. Donegan和Ortwin Hess, 2020年6月23日,Nano Letters。

DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c01705

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