超級單光子源照亮量子電腦前景
- 上線日期：2013/4/1 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
中國、英國與德國科學家最近共同開發出在半導體量子點(quantum dot)系統中，目前品質最高的單光子源(single-photon source)，此項研究結果對於打造超快量子電腦而言相當重要。
這個由中國科技大學、德國維爾茨堡(Wurzburg)大學與英國卡文迪許(Cavendish)實驗室組成的研究團隊能讓每一道照射於量子點上的雷射脈衝確實僅製造出一顆光子，亦即可以按要求產生單一光子。這些光子同時具有近乎不可分辨的特性，換言之，這些光子幾乎完全相同。團隊領導人Chao-Yang Lu表示，他們的研究結合了兩種重要的性質：在控制下逐一產生高度相似的光子。
實用的量子電腦需要數以百計的光子方能運作，這些光子作為量子位元( qubit)並經歷許多量子運算過程。若要擴大此量子系統則需能逐一供應光子的光子源，否則其整體成功機率便迅速下降至零。這些光子亦必須在量子力學上相同，如此電腦才能利用其量子干涉效應，來製作邏輯閘等元件。
上述團隊以脈衝雷射照射單一量子點，雷射光中心波長被調整至對應量子點的光學躍遷，照射時間則持續約3皮秒(picosecond, 10-12s )。雷射會在很短的時間內將量子點由基態激發至由束縛電子電洞對構成的激發態，當此電子電洞對復合時便會釋出單一光子。
此研究團隊的半導體量子點是這類系統中目前品質最高的單一光子源，其水準已接近傳統光源(如侷限原子及離子)產生的光子。除此之外，該單光子源可進一步擴充產生更多光子，而這些光子能使用於多光子糾纏(multi-photon entanglement)和簡單量子演算法(quantum algorithm)中，譬如著名的「格羅弗資料庫」(Grover's database)。然而，目前主要問題在於實驗中的平面微空腔僅能收集少數產生的光子，而理想上收集效率應該要接近100%。
該團隊目前計畫設計更好的微空腔以及其他新穎的光學結構，來增加光子收集效率。他們同時正在研究如何應用脈衝共振螢光技術(pulsed resonance fluorescence technique)，讓半導體量子點產生高品質的糾纏光子對。詳見Nature Nanotechnology |doi:10.1038/nnano.2012.262。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/52467
譯者:劉家銘(奈米科學網)
責任編輯:蔡雅芝
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