量子网络迎来新希望!纠缠态发光二极管首次在通信窗内成功运作

DeepTech深科技

百家号03-1314:17

研究者们展示了一种新的量子发光二极管,它是首个能够发出波长约为 1550 纳米的单光子和纠缠态光子对的设备,而此波长正位于标准通信窗的范围内。

人们认为,对于未来量子网络、远距离量子通信系统、量子密码设备等应用来说,工作在此波长的单光子源是至关重要的因素。

来自东芝欧洲研究院、谢菲尔德大学和剑桥大学包括 Tina Müller 在内的研究者们发表了一篇关于最新量子光源的文章,刊登在了最近一期的《自然通讯》(Nature Communications)上。

图丨量子点发光二极管的加工阶段及其扫描电子显微镜图像

Müller 表示:“这是史上首次量子设备能够达到最新量子密钥分发和量子通信系统的基本要求。”

长期以来,能够在通信窗内发射单光子和纠缠态光子对都是量子光学领域的研究目标。尽管已经存在一些能够发射单光子源和纠缠态光子对的光源(如单个原子和金刚石色心),它们却因为波长太短而无法应用到量子网络中。

在这项新研究中,研究者们使用磷化铟制作了发光量子点设备,这是一种用来发射波长为 1550 纳米的量子点激光的材料。为了使其能够发射出 1550 纳米波长的单光子和纠缠态光子对,研究者们使用了一种被称为“金属有机蒸汽外延”的生长方法来“生长”出单个的磷化铟量子点颗粒,这些颗粒最终形成了量子发光二极管的基础部分。

这种新型量子发光二极管的另一个优点是他们能够在 93 开尔文(-200.15℃)的温度条件下工作,这个温度比其他量子光源的工作温度高得多。较高的工作温度能够让量子发光二极管更容易与其他设备集成,研究者们认为加以修改之后,量子发光二极管的工作温度还能更高。

研究者们预测,未来这种发光二极管会对包括量子互联网在内的量子网络技术产生巨大的影响。举一个例子来说,这种设备可以与量子继电器和量子中继器集成来增加量子网络的范围。研究者们认为,通过与射频电子集成,这种量子光源将可以在脉冲的模式下工作。对当前的量子发光二极管进行改进以实现这些应用,正是研究者们下一步的工作。

Müller 表示,会进一步优化量子发光二极管的尺寸和性能,使其能够应用到远距离的量子通信系统中。

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