美國研發(fā)近紅外光發(fā)射器突破量子領(lǐng)域?qū)嶋H應用

單光子在許多科研領(lǐng)域中發(fā)揮著不同的重要角色。除了用作量子計算中的量子位，通過量子密鑰分發(fā)保護計算機網(wǎng)絡之外，單光子還可以應用于生物成像。新開發(fā)的量子點發(fā)射波長在近紅外生物透明窗口內(nèi)，這使其非常適合于深層組織成像。

我們熟知的紅外輻射也是新興量子技術(shù)的主要參與者。這種量子技術(shù)主要依賴于光粒子或光子的對偶性，光子或光子也可以表現(xiàn)為光波。利用這種量子特性需要以單個量子或光子形式發(fā)射光的“量子光”源。紅外輻射提供的點對點傳輸方式為光源調(diào)控提供了完美的途徑。

與普通的單光子發(fā)射器不同，新型的高度通用量子點在環(huán)境條件和室溫下可穩(wěn)定地提供可光譜調(diào)諧的單個紅外光子流，非常適合作為單光子發(fā)射器。這一突破打開了包括量子通信、量子計量、醫(yī)學成像和診斷以及網(wǎng)絡安全等許多其他領(lǐng)域一系列實際應用。

來自美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的研究團隊在Nature Nanotechnology上發(fā)表了這一研究成果，發(fā)現(xiàn)了基于眾所周知的CdSe/CdS異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量近紅外發(fā)射器在諸如安全通信的量子密鑰分配等領(lǐng)域具有直接的實用性。

基于硫化鎘殼中硒化鎘的核心，Los Alamos團隊通過在核心/外殼界面處插入硫化汞中間層，成功將量子點變成了可以被調(diào)諧到特定波長的高效紅外光發(fā)射器。

“這種新的合成技術(shù)可以對發(fā)射的硫化汞中間層的厚度進行高度精確的原子級控制。通過以單個原子層為增量進行更改，我們可以在離散的量化躍遷中調(diào)整發(fā)射光的波長，并進一步進行調(diào)整。通過微調(diào)硒化鎘芯的尺寸以更連續(xù)的方式對其進行控制?！闭撐牡谝蛔髡遃ladimir Sayevich表示。

這些新結(jié)構(gòu)遠遠優(yōu)于現(xiàn)有的近紅外量子點，在單點水平上顯示出“無閃爍”發(fā)射，在室溫下(產(chǎn)生“量子光”)具有近乎完美的單光子純度，并且發(fā)射速度快。它們在光和電激發(fā)下表現(xiàn)都非常好。

“在制造這些點時，要達到單原子層的精度也有很酷的化學元素?！毖芯砍蓡TZachary Robinson表示，“樣品中所有點的發(fā)射硫化汞中間層的厚度都是相同的。這是非常獨特的，特別是對于在燒杯中化學制備的材料而言?！?/p>

通訊作者Klimov補充道：“然而，這只是第一步。為了充分發(fā)揮‘量子光’的優(yōu)勢，我們需要實現(xiàn)光子的不可分辨性——即確保所有發(fā)射的光子在量子力學上是相同的。這是一項極其艱巨的任務?！?/p>