一個有效的光-物質(zhì)界面，可能構(gòu)成量子通信的基礎(chǔ)。然而，在生長過程中形成的某些結(jié)構(gòu)會干擾信號。

某些半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，即所謂的量子點，可能構(gòu)成量子通訊的基礎(chǔ)，它們是物質(zhì)和光之間的有效接口，由量子點發(fā)射的光子(光粒子)可以遠距離傳輸信息。

然而，在制造量子點的過程中，結(jié)構(gòu)是默認形成的，這會干擾通信。巴塞爾大學(xué)、魯爾-波鴻大學(xué)和福爾森斯琴特姆-朱利奇科學(xué)家，現(xiàn)在已經(jīng)成功地消除了這些干擾，其研究成果發(fā)表在《通信物理學(xué)》上。

能夠遠距離傳輸信息的光粒子

如果研究人員鎖定一個電子和一個電子空穴，在一個電子應(yīng)該存在的位置，在一個狹窄的空間內(nèi)帶正電，電子和電子空穴一起形成激發(fā)態(tài)。當(dāng)它們重新結(jié)合時，激發(fā)態(tài)消失，產(chǎn)生光子。波鴻大學(xué)應(yīng)用固態(tài)物理學(xué)主席阿恩·路德維希博士說：這種光子可能可以作為遠距離量子通信的信息載體。

量子點是在半導(dǎo)體材料砷化銦中產(chǎn)生的，研究人員在砷化鎵襯底上生長這種材料。在這個過程中，一個光滑的砷化銦層在，只有一個半原子層的厚度下形成，這就是所謂的浸潤層。隨后，研究人員制造了直徑為30納米、高度為幾納米的小島，這些是量子點。

來自浸潤層的干涉光子

在第一步中必須沉積的浸潤層會引起問題，因為它也含有被激發(fā)的電子空穴，電子空穴會衰變并可能釋放光子。在潤濕層中，這些狀態(tài)比量子點更容易衰變。然而，在這個過程中產(chǎn)生的光子不能用于量子通信，相反，它們會在系統(tǒng)中產(chǎn)生靜態(tài)噪聲。

波鴻大學(xué)應(yīng)用固態(tài)物理系主任Andreas Wieck解釋說：浸潤層覆蓋了整個表面，而量子點只覆蓋了半導(dǎo)體芯片的千分之一，這就是為什么干涉光大約比量子點發(fā)出的光強1000倍。浸潤層以略高于量子點的頻率和強度輻射光子。就好像量子點發(fā)出的是腔體音高A，而浸潤層發(fā)出的是比腔體音高高1000倍的B。

附加層消除干擾

通過只激發(fā)所需的能量狀態(tài)來忽略這些干擾，然而，如果量子點被用作量子應(yīng)用的信息單位，那么用更多的電子給它們充電可能是理想的。但在這種情況下，浸潤層的能量水平也會同樣激發(fā)。研究小組現(xiàn)在通過在浸潤層的量子點之上，增加一層砷化鋁層來消除這種干擾。因此，潤濕層中的能量狀態(tài)被移除，這反過來又降低了電子和電子空穴重新組合并發(fā)射光子的可能性。

博科園｜研究/來自：魯爾-波鴻大學(xué)

參考期刊《通信物理》

DOI: 10.1038/s42005-019-0194-9

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)哦