由巴倫西亞大學(xué)材料科學(xué)研究所（ICMUV）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種光學(xué)量子開關(guān)，可以改變光子的發(fā)射特性，光子是電磁輻射的粒子。

這種新器件具有超快的開關(guān)時(shí)間和非常低的能耗，與其他設(shè)計(jì)相比，它可以在各種半導(dǎo)體平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，在當(dāng)前量子技術(shù)中具有很大的應(yīng)用價(jià)值，其研究成果已發(fā)表在《通信物理》期刊上，報(bào)告了這種光子開關(guān)的設(shè)計(jì)、建造、實(shí)驗(yàn)測(cè)量和模擬。

工作原理是基于納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體量子限制技術(shù)，這是一種納米級(jí)能夠吸收和發(fā)射光的小結(jié)構(gòu)。這些材料的光學(xué)性質(zhì)被稱為量子點(diǎn)，類似于孤立原子的光學(xué)性質(zhì)，其光發(fā)射發(fā)生光子對(duì)光子的發(fā)射。它們對(duì)于發(fā)展量子技術(shù)非常有趣，因?yàn)楣铝⒌墓庾踊虺蓪?duì)的光子，可以用來重現(xiàn)重疊或糾纏的條件。目前，這一領(lǐng)域的科技挑戰(zhàn)之一是開發(fā)能夠用光子進(jìn)行操作邏輯門和光學(xué)電路，從而在量子描述下對(duì)信息進(jìn)行傳輸和修改。

因此，需要能夠單獨(dú)影響光子發(fā)射的工具和材質(zhì)。在所有這些裝置中，那些利用光操縱和控制光子的裝置非常有趣，因?yàn)榭梢越ㄔ戽準(zhǔn)较到y(tǒng)，或者它們可以代表能源消耗的大幅減少，全光設(shè)備就是這種情況。這項(xiàng)研究的主要想法是與佛羅倫薩大學(xué)和歐洲非線性光譜實(shí)驗(yàn)室的研究人員馬西莫·古里奧利合作產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)照明激光器的功率和顏色研究了砷化銦(InAs)量子點(diǎn)中電荷的積累和飽和過程。

新器件的突出特性之一是，在臨時(shí)開關(guān)旁邊，如果使用兩個(gè)不同的激光器，則可以添加發(fā)射光子的顏色（波長(zhǎng)）切換。這種特性能讓科學(xué)家們考慮按波長(zhǎng)復(fù)用光子的設(shè)備（組合傳輸介質(zhì)中的兩個(gè)或多個(gè)信息通道），使得光子每種顏色都與這些通道中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。最后，器件運(yùn)行的物理原理可以通過許多其他量子限制納米結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，所以這種新的設(shè)計(jì)代表了一種可以在各種半導(dǎo)體平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的通用方案。

研究包括巴倫西亞大學(xué)材料科學(xué)研究所（ICMUV）的光電材料和器件部門(UMDO)，該部門由應(yīng)用物理和電磁系教授胡安·P·馬丁內(nèi)斯·帕斯特(Juan P.Martínez Pastor)領(lǐng)導(dǎo)。該裝置的主要材料是由意大利CNR研究員Luca Saravalli的團(tuán)隊(duì)制造，而其操作的模擬是通過與澳大利亞ARC工程量子系統(tǒng)(EQUS)的Mattias Johnsson和Thomas Volz合作進(jìn)行，Guillermo Mu?oz在過去三年中一直在EQUS擔(dān)任高級(jí)研究員。

單半導(dǎo)體量子點(diǎn)已被廣泛用于演示高純單光子的確定性發(fā)射。這些納米結(jié)構(gòu)的單光子發(fā)射性能已經(jīng)變得非常可控，研究提供了高水平的光子不可分辨和亮度。最終，量子技術(shù)將需要開發(fā)一套設(shè)備來操縱和控制光子的狀態(tài)。新研究測(cè)量并模擬了一種新穎的全光路徑來切換單個(gè)半導(dǎo)體量子點(diǎn)中激子躍遷發(fā)出的單光子流。采用雙非共振激勵(lì)泵浦方案設(shè)計(jì)了一種具有GHz速度、高差值對(duì)比度、超低功耗和高單光子純度的開關(guān)器件。

博科園｜研究/來自：Asociacion RUVID

參考期刊《通信物理》

DOI: 10.1038/s42005-020-0292-8

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