量子能量交換 探索光場與量子發射器

編譯/高晟鈞

量子系統中,粒子和能量傳遞的行為受機率分佈和波函數控制,這一定程度也增加了對能量交換的理解的複雜性。 量子系統中能量交換的探索本質上涉及如何解決量子退相干和量子系統運行尺度引起的複雜性。 

在量子系統中,粒子和能量傳遞的行為受機率分佈和波函數控制,這一定程度也增加了對能量交換的理解的複雜性。(圖/截取自 phys.org)

儘管如此,研究量子系統中的能量交換對於推進量子技術和理解量子力學的基本觀念至關重要。對此,來自法國的Pascale Senellart教授在過去十年一直致力於使用半導體量子點開發人造原子。透過不斷改進實驗精確度與光耦合,這項研究或將成為解決以上挑戰的關鍵之一。

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量子位的自發性發射

在研究的第一部分中,研究人員專注於以量子點(具有量子力學特性的奈米級半導體)為代表的量子位的自發性發射。量子點有時又被稱為人造原子,因為它也具有與原子一樣的離散能階。

當量子位元最初以基態和激發態的相等疊加方式製備時,單位能量向真空場的轉移將會最大化。在這種情況下,傳輸的單位能量等於量子位元釋放的總能量的一半。相反,如果量子位元最初被反轉,則只有相關能量被轉移到場。

場接收到的單一能量,即鎖定在發射場的相干分量中的能量,是使用零差裝置測量的。實驗控制的水平使得單一能量幾乎與理論相符,這也意味著研究團隊可以準確測量和理解量子場在過程中如何交換能量。

耦合兩個光場

在第二部分中,研究人員檢查了發射光場和參考相干場之間的能量交換。

透過定量分析,研究團隊發現:單一能量的轉移取決於發射場的純度與相干性。因此,隔離量子發射器以實現最大相干性並有效收集發射的量子光以實現零差測量至關重要。這也標誌著第一次將0與1個光子態的疊加引入經典光場,這將成為推進量子協議的重要一步。

了解能量和熵交換對於增強糾纏生成和量子閘等過程至關重要,並在未來光量子計算的能量分析中發揮關鍵作用。

資料來源:phys.org

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