高品質(zhì)的單光子源是實(shí)現(xiàn)光量子信息技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。浙江大學(xué)研究人員實(shí)現(xiàn)了室溫下基于膠體量子點(diǎn)的電驅(qū)動(dòng)高純度單光子源，為研發(fā)實(shí)用化、集成化的單光子源開辟一條新路。相關(guān)論文日前發(fā)表于《自然通訊》雜志。

單光子源與我們?nèi)粘Ｋ姷膫鹘y(tǒng)光源不同。太陽光、電燈等發(fā)出的是“抱團(tuán)”的光子，而單光子在確定的時(shí)間內(nèi)最多發(fā)射一個(gè)光子。光子“單行”，才能實(shí)現(xiàn)量子通信、光量子計(jì)算機(jī)等新一代技術(shù)所依賴的量子效應(yīng)。

膠體量子點(diǎn)是一種發(fā)光性能極好的納米晶體材料。科學(xué)家的目標(biāo)是讓單個(gè)的量子點(diǎn)在室溫下通過電激發(fā)，高效發(fā)出一個(gè)光子。半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種電流載體，在量子點(diǎn)中，如果電子與空穴復(fù)合，就會(huì)發(fā)出光子。由于通常狀態(tài)下，半導(dǎo)體材料中的電子比空穴“跑”得快，想要在單個(gè)量子點(diǎn)中制造和諧的“復(fù)合”，必須想辦法平衡兩者速率。

在浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，記者看到了一片片指甲蓋大小的透明器件，厚度不到一毫米的結(jié)構(gòu)中，包含了研究人員巧妙的設(shè)計(jì)：他們將單個(gè)的膠體量子點(diǎn)用絕緣層包裹起來。這個(gè)絕緣層放慢了電子的“步伐”，同時(shí)也阻止了電子與空穴的直接復(fù)合而產(chǎn)生“雜光”。在2.6伏電壓的驅(qū)動(dòng)下，單個(gè)的膠體量子點(diǎn)成功被激發(fā)，顯示屏幕上出現(xiàn)針尖大小的亮點(diǎn)，正是膠體量子點(diǎn)發(fā)出的一個(gè)個(gè)“單行”的光子。這一巧妙的設(shè)計(jì)，成功保證了高純度單光子的產(chǎn)生。

據(jù)介紹，制備新型量子光源不需要苛刻工作環(huán)境，樣品的制備可以通過便捷的溶液旋涂法完成。在光量子技術(shù)實(shí)用化、集成化的需求面前，這一新型光源純度高、制備工藝簡單、工作電壓低等特征展現(xiàn)了特別的優(yōu)勢。