光学和光子学

快速光子源照亮了量子技术

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-15 13:55

点亮:艺术家对强大的赛尔效应产生的电可调按需片上单光子源的印象。 英国谢菲尔德大学的研究人员已经制造出一种纳米级芯片,该芯片可以发射单个脉冲(通常难以区分的光子)的快速脉冲。由刘锋领导的研究小组利用了赛尔效应背后的物理学原理来设计系统,从而帮助他们减少损耗并提高光子生产率

  

快速光子源照亮了量子技术

 

  点亮:艺术家对强大的赛尔效应产生的电可调按需片上单光子源的印象。

  英国谢菲尔德大学的研究人员已经制造出一种纳米级芯片,该芯片可以发射单个脉冲(通常难以区分的光子)的快速脉冲。由刘锋领导的研究小组利用了赛尔效应背后的物理学原理来设计系统,从而帮助他们减少损耗并提高光子生产率。

  物理学家一直热衷于开发具有难以区分的量子态的单光子的片上光源,以用于多种应用,例如安全数据传输和光子量子技术。然而,先前的设计遭受了单光子的高损耗,这主要是由于芯片中几何形状的不完善所致。当前,最先进的技术只能有效地产生包含不超过三到五个光子的脉冲。

  单光子设置为电信波长

  为了解决这个问题,Liu的团队利用了赛尔效应(Purcell effect),该效应描述了如何通过其周围环境来增强量子系统的自发发射速率。在他们的设计中,通过将量子点(仅是半导体材料的几个原子)并入更大的光子晶体的谐振腔中,便创造了必要的条件。当在点上发射快速激光脉冲时,其电子之一被激发,然后释放一个单光子,使其弛豫回到其基态。在此过程中产生的光子在腔体内共振,然后快速连续发射。

  Liu和他的同事将量子点耦合到一个波导,该波导将发射的光子从腔中漏出,确保它们不干扰激光脉冲。该技术使腔体每22.7 ps产生一个光子-比没有赛尔效应的情况快50倍。这可能不是迄今为止发展最快的光子生产率,但是与以前的系统不同,超过90%的光子在足够长的时间尺度上仍无法区分,可以发射20个光子。

  利用Liu和其同事收集的见解,包含快速单光子源的芯片将很快用于各种应用中。由于不能在不通知发送者的情况下干扰单个光子,因此对于希望秘密传输大量数据的政府或安全组织,这种芯片将是非常理想的。它们在光子量子技术中也将是有利的,其应用包括玻色子采样和提高干涉仪的灵敏度。

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