糾纏光子，如你所願
- 上線日期：2010/6/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
「糾纏」(entanglement)指的是粒子間擁特定的關係，如果兩個粒子是糾纏的，我們只需測量其中一個的狀態，就能自動得知另外一個的狀態。最近，東芝歐洲研究中心的Andrew Shields及Mark Stevenson與劍橋大學的合作者研發出一種可以將電流轉換成糾纏態光子的新型元件，名為糾纏發光二極體(entangled light emitted-diode, ELED)。
根據量子力學，似體可以同時處於兩種以上狀態的線性疊加，此現象讓量子電腦在特定工作上比傳統電腦快許多，原因是傳統電腦的位元只有0和1，而量子電腦使用的量子位元(qubit)可以是0和1的線性疊加；舉例來講，可以將光子的水平偏振視為0，則垂直偏振則為1。
新登場的ELED在製作上採用與LED類似的標準半導體製程，但不同的是它含有半導體量子點(quantum dot)。這些量子點可以捕捉兩個電子及兩個電洞，使系統處於雙激子(biexcition)態，並經由兩個中間激子態(intermediary exciton state)之一衰變到基態。衰變路徑將決定其放出光子對的偏振方向，如果兩個中間態的精密結構分裂(fine structure splitting)約為零，量測光子偏振方向將是判定其衰變路徑的唯一方法，而此時的光子是糾纏的。這項技術有助於將糾纏光源實際應用在單一晶片上，對於量子電腦的發展相當重要。
儘管此方法以前就能發出單對光子，但卻從未產生過大量糾纏光子對，原因是電子從n摻雜區穿遂入量子點時，會破壞糾纏態，因此控制量子點周圍半導體的厚度是此元件成功的關鍵。元件中心的量子點也必須調整，使其發出能量為1.4eV光子的兩個路徑具有很小的精密分裂。
糾纏保真度(entanglemented fidelity)只要高於0.5便是糾纏態，而Shields等人以ELED產生的糾纏光子對保真度高達0.82，足以應付量子電腦、量子遠傳應用的需求。雖然科學家先前曾製造出糾纏保真度更高的光子，但方法不是比較複雜，就是過程為隨機、不可控制的。相形之下，ELED只需要施加電壓，就能讓光子對如願產生，對於量子電腦而言非常重要。
研究團隊希望此元件最終能協助實現需要許多糾纏光子對的光學量子電腦，畢竟以純光學方法產生糾纏光子對所需的硬體空間過於龐大。詳見Nature 465, p.594 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42848
譯者:劉翼綱(彰化師範大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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