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      研究人員為片上量子發(fā)射器創(chuàng)建可擴(kuò)展的平臺(tái)
      
			
      
				2019-07-06 08:44:04
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      家用燈泡散發(fā)出混亂的能量，數(shù)萬億微小的光粒子 - 被稱為光子 - 在各個(gè)方向上反射和散射。另一方面，量子光源就像光槍，每次觸發(fā)單個(gè)光子，每次觸發(fā)，使它們能夠攜帶對(duì)金融和國防等行業(yè)具有吸引力的防黑客數(shù)字信息技術(shù)。
      

      研究人員為片上量子發(fā)射器創(chuàng)建可擴(kuò)展的平臺(tái)
      

      現(xiàn)在，史蒂文斯理工學(xué)院和哥倫比亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種可擴(kuò)展的方法，可以在芯片上以前所未有的精度創(chuàng)建大量這些量子 光源，這不僅可以為不易破碎的加密系統(tǒng)的發(fā)展鋪平道路，而且還可以為量子計(jì)算機(jī)鋪平道路?？梢栽趲酌腌妰?nèi)執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算，這將花費(fèi)正常的計(jì)算機(jī)數(shù)年。
      

      “尋找可擴(kuò)展的量子光源已經(jīng)持續(xù)了20年，最近已經(jīng)成為國家的首要任務(wù)，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的Stefan Strauf說道，他也是史蒂文斯納米光子實(shí)驗(yàn)室的主管。“這是第一次在可擴(kuò)展的芯片上實(shí)現(xiàn)空間控制水平與高效率相結(jié)合，所有這些都是實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)所必需的。”
      

      這項(xiàng)工作將于10月29日在線發(fā)行的Nature Nanotechnology上發(fā)表，它描述了一種在芯片上任何所需位置按需制造量子光源的新方法，通過在納米立方體上拉伸半導(dǎo)體材料的原子薄膜。金子的。像繃緊的保鮮膜一樣，薄膜在納米立方體的角落上延伸，印記形成單光子發(fā)射體的確定位置。
      

      過去的研究已經(jīng)測試了在限定位置生產(chǎn)量子發(fā)射器的方法，但是這些設(shè)計(jì)在觸發(fā)單光子時(shí)不具有可擴(kuò)展性或有效性，足以實(shí)際上有用。Strauf和他的團(tuán)隊(duì)通過成為第一個(gè)將空間控制和可擴(kuò)展性與按需高效發(fā)射光子的能力結(jié)合起來改變了這一切。
      

      為了實(shí)現(xiàn)這些功能，Strauf的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的方法，其中金納米立方體具有雙重目的：它將量子發(fā)射器印在芯片上，并充當(dāng)它周圍的天線。通過在金納米立方體和鏡子之間創(chuàng)建量子發(fā)射器，Strauf留下了5納米的窄間隙 - 比一張紙的寬度小20,000倍。
      

      “鏡子和納米立方體之間的這個(gè)微小空間創(chuàng)造了一個(gè)光學(xué)天線，將所有光子匯集到五納米間隙中，從而集中了所有能量”斯特勞夫說。“從本質(zhì)上講，它為單個(gè)光子從定義的位置和所需方向快速發(fā)射提供了必要的增強(qiáng)。”
      

      為了進(jìn)一步提高量子光源的效率，Strauf與哥倫比亞大學(xué)的Katayun Barmak和James Hone合作，他開發(fā)了一種幾乎沒有缺陷的半導(dǎo)體晶體生長技術(shù)。史蒂文斯的研究生岳珞使用這些獨(dú)特的晶體，通過在納米立方體上拉伸原子薄的材料，在芯片上構(gòu)建了多排量子發(fā)射器。通過將鏡子附著在納米立方體的底側(cè)上來形成納米天線。
      

      結(jié)果：每秒發(fā)射4200萬個(gè)單光子，創(chuàng)造了歷史新高; 換句話說，每秒觸發(fā)器按需創(chuàng)建一個(gè)光子，而之前只有100個(gè)觸發(fā)器中的一個(gè)。
      

      雖然微小，但發(fā)射器非常堅(jiān)固。“他們非常穩(wěn)定，”斯特勞夫說。“我們可以冷卻它們并加熱它們并拆開諧振器并重新組裝它們，它們?nèi)阅苷９ぷ鳌?rdquo; 大多數(shù)量子發(fā)射器必須保持冷卻至-273°C，但新技術(shù)的工作溫度可達(dá)-70°C。“我們尚未達(dá)到室溫，”斯特勞夫說，“但目前的實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是可行的。”
      
			

			
        
      
			
      
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