碳纳米管光学器件为量子加密和量子运算添砖加瓦

▲通过用一个简单的有机分子对碳纳米管进行功能化而生成碳纳米管缺陷态位点的示意图。在缺陷态处改变电子结构，可以使室温下的单光子在通信波长上进行发射。

据美国物理学网6月18日报道，美国能源部（DOE）的洛斯•阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的研究人员与来自法国和德国的科学们正在联手进一步探索碳纳米管作为量子信息处理所需的单光子发射器的应用前景。他们将一篇分析这一领域进展的研究论文发表在本周出版的《自然•材料》（Nature Materials）杂志上。

该论文的作者之一、美国集成纳米技术中心（Center for Integrated Nanotechnologies, CINT）的科学家斯蒂芬•多尔恩（Stephen Doorn）介绍道：“我们特别感兴趣的是,在将纳米管集成到光子腔中方面所取得的进展，这样我们就可以操纵和优化光的发射特性了。此外，将纳米管集成到电致发光器件中可以更好地控制光发射的时间，而将它们集成到光子结构中也是切实可行的。我们正在着重对碳纳米管的缺陷态进行开发和光物理探测，研究使其成为在通信波长上的室温单光子发射器的路径。”

该团队的研究概述是与身在巴黎的克利斯朵夫•沃辛（Christophe Voisin）的研究小组合作完成的，他们目前正在推进关于将纳米管集成到光子腔中以求改变光子腔发射率的研究；而身在德国卡尔斯鲁厄市的拉尔夫•克鲁普克（Ralph Krupke）的小组正在尝试将以纳米管为基础的电致发光器件和光子波导结构整合在一起。多尔恩说，洛斯•阿拉莫斯的研究重点是对纳米管缺陷态的分析，探索缺陷态将量子发射延伸至室温环境中和通信波长内的可能性。

正如该论文中所指出的：“随着高速信息网络的问世，光已经成为世界上主要的通信信息载体……在安全量子通信计量制或量子运算方案中，单光子源是各种通信技术的关键组成部分。 ”单壁碳纳米管在这一领域的应用一直是洛斯•阿拉莫斯CINT研究小组关注的焦点，他们开发了一种利用化学方法修改纳米管结构的方法，让其生成刻意的缺陷态，进而定位激子并控制它们的释放。

多尔恩指出，接下来的研究会把纳米管集成到光子共振器中，以求提供更高的源亮度和生成难以区分的光子。他说：“我们需要创造出彼此无法区分的单光子，而这依赖于我们对非常适合用于设备集成的碳纳米管进行功能化、并将缺陷态位置与环境的相互作用最小化的水平和能力。”

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 编译：Jonathan 审稿： 编辑：

来源：https://phys.org/news/2018-06-carbon-nanotube-optics-poised-pathway.html