用「光」做成磚頭 堆砌複雜量子通信網路

編譯/高晟鈞

它能夠像原子一樣感受到量子效應。透過將這座小島放置在光學微腔中,便可以有效操縱它。(示意圖/123RF)

單光子物理學是一個相對較新的領域。20世紀70年代時,物理學家首次成功分離出光子,儘管當時的技術還不是非常的穩定。

如今,Petr Steindl成功使用單光子創建了複雜的光結構。他表示:「量子點就像在半導體材料中,一座尺寸只有幾奈米的小島。它能夠像原子一樣感受到量子效應。透過將這座小島放置在光學微腔中,便可以有效操縱它。」

光學微腔是由兩端為反射面,其中為間隔層或光學介質形成的結構,尺寸通常為幾奈米厚。微腔就像是兩個面對面的鏡子,光會在其中來回反射。由於量子點不喜歡與光相互作用,而微腔的環境能使光子多次通過量子點,使其更容易與光作用。另外,微腔中的光子能以高速噴射,確保其更好地保持狀態,產生更高質量的單光子。

這種巧妙的裝置可以用來生產單光子。諧振光會將量子點中的電子激發到更高的能態,而當其回落基態時,量子點會發射出一個光子,而微腔會將其引導到裝置的其他部分。

獲得單光子只是該研究的第一步。Steindl博士表示:「光粒子就像一顆顆磚頭,當你有了磚塊,便可以開始建造房子。我的目標是希望結合光子來建造複雜的光結構。例如:創建一個由多個糾纏光子組成的鏈。」

Steindl博士希望用這種新穎的「光子磚塊」,搭建出強而有力的量子通信網路。「我們都知道單光子對身分驗證與通信安全有很大的幫助。例如:你可以從分束器上的不同位置發送兩個相同的單光子,如果這些光子以改變的狀態,或不同的時間抵達,你就知道有人或許在竊聽。」
資料來源:Phys.org

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