科技日報記者 劉霞
由巴西坎皮納斯州立大學科學家領(lǐng)銜的國際團隊，研制出一種新型低密度半導體量子點，其發(fā)射單光子的速度較傳統(tǒng)方法提升3倍，有望助推量子通信和光子量子計算等技術(shù)進一步發(fā)展。相關(guān)研究成果發(fā)表于新一期《納米快報》。
量子點是一種納米級半導體結(jié)構(gòu)，因能捕獲電子和空穴，被稱為“人造原子”。在外加電場或光照下，它會發(fā)出特定頻率的光，是現(xiàn)代量子技術(shù)中不可或缺的單光子源。
然而，傳統(tǒng)方法制備的量子點往往分布密集、結(jié)構(gòu)不規(guī)則，不但電子噪聲明顯，還限制了光子發(fā)射速率。
為解決這一難題，研究團隊打造了一種“手術(shù)刀”級的制備技術(shù)——局部液滴蝕刻法。他們先在晶體表面用微小金屬液滴“雕琢”出納米孔洞，再用僅1納米厚的砷化銦鎵材料進行填充，最終形成幾乎無缺陷、具備優(yōu)異光學性能的新型量子點。
這種量子點，光子從激發(fā)態(tài)“落回”基態(tài)并發(fā)出光子的平均時間（輻射壽命）為300皮秒，單光子發(fā)射速率提升了3倍，為高速量子邏輯操作安裝上“加速鍵”。
更妙的是，這種量子點的空間密度極低，每平方微米僅0.2至0.3個，易于逐個操控，避免了彼此間的干擾。此外，通過調(diào)控銦的比例，其發(fā)光波長可覆蓋780至900納米，恰好落在集成光子學的“黃金窗口”內(nèi)。波長越長，傳輸損耗越小，為實現(xiàn)芯片級量子互聯(lián)鋪平了道路。同時，這一波段也與為傳統(tǒng)量子點開發(fā)的光學技術(shù)兼容。
這類量子點還天然具備產(chǎn)生偏振糾纏光子的潛力，其精細結(jié)構(gòu)分裂值已達到同類材料的頂尖水準，有望在量子加密與量子網(wǎng)絡等領(lǐng)域大顯身手。
團隊表示，低密度、高對稱、快發(fā)光、長波長，這四大優(yōu)勢集于一身，讓新型量子點有望成為集成量子光子學領(lǐng)域的“明日之星”。
