在俄勒岡大學(xué)物理學(xué)家本·阿勒曼新發(fā)表的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)幫助下，超級(jí)安全的在線通訊距離成功又近了一步。阿勒曼是英國國家光學(xué)、分子和量子科學(xué)中心的成員，他已經(jīng)制造出能在室溫環(huán)境條件下工作的人造原子（人工原子）。

這項(xiàng)發(fā)表在《納米快報(bào)》(Nano Letters)上的研究，可能是開發(fā)安全量子通信網(wǎng)絡(luò)和全光量子計(jì)算的一大步。同時(shí)也是UO材料科學(xué)研究所成員的阿勒曼說：最大的突破是，我們發(fā)現(xiàn)了一種簡單、可擴(kuò)展的方法，可以將人工原子納米級(jí)組裝到微芯片上，而且這種人工原子可以在空氣和室溫下工作。

人造原子將使許多新的、強(qiáng)大的技術(shù)成為可能，在未來，它們可以用于更安全、更安全、完全私密的通信，以及功能強(qiáng)大得多的計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)可以設(shè)計(jì)救命藥物，并幫助科學(xué)家通過量子計(jì)算對(duì)宇宙有更深入的了解。阿勒曼實(shí)驗(yàn)室的博士生研究員喬舒亞·齊格勒(Joshua Ziegler)和同事們?cè)谝粡埩呅蔚鸬亩S薄片上鉆了500納米寬、4納米深的孔，這種薄片因其白色的顏色和原子厚度也被稱為白色石墨烯。為了鉆這些洞，研究小組采用了一種類似于壓力沖洗的過程，但不是用水射流，而是用聚焦的離子束在白色石墨烯上蝕刻圓圈。

然后將這種材料在氧氣中高溫加熱以去除殘留物。利用光學(xué)共聚焦顯微鏡，齊格勒接著觀察了來自鉆取區(qū)域的微小光點(diǎn)。在用光子計(jì)數(shù)技術(shù)分析了這些光之后，發(fā)現(xiàn)這些單個(gè)的亮點(diǎn)正在以盡可能低的水平發(fā)出光：一次一個(gè)光子。這些有圖案的亮點(diǎn)是人造原子，它們具有許多與真實(shí)原子相同的特性，比如單光子發(fā)射。隨著該項(xiàng)目的成功，UO現(xiàn)在在量子研究中開發(fā)這類材料方面處于領(lǐng)先地位，這讓阿勒曼的臉上露出了笑容，當(dāng)他在2013年加入U(xiǎn)O時(shí)，他曾計(jì)劃在白色石墨烯中制造人工原子。

然而，在阿勒曼開始自己的研究之前，另一個(gè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在白色石墨烯薄片中發(fā)現(xiàn)了人工原子。然后，阿勒曼試圖在這一發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，制造人造原子是利用它們作為量子光子電路中單個(gè)粒子光源的第一步。其研究工作提供了一個(gè)單光子源，它可以作為量子信息的載體或量子位元。對(duì)這些資源進(jìn)行了模式化，在想要的地方創(chuàng)造出我們想要的數(shù)量。把這些單個(gè)光子發(fā)射器打造成微芯片上的電路或網(wǎng)絡(luò)，這樣它們就可以彼此“交談”，或者與其他現(xiàn)有的量子位元交談，比如固態(tài)自旋或超導(dǎo)電路量子位元。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 俄勒岡大學(xué)/Jim Barlow

參考期刊文獻(xiàn):《納米快報(bào)》

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00357

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