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图说：研究人员为芯片上的量子发射器创建了一个可扩展的平台。
家用灯泡亮起时,数以万亿计的、被称为光子的微小粒子会向四面八方反射和散射。与此不同的是，量子光源犹如一把每次触发只能发射一个光子的光枪——这些光子能够携带防止黑客入侵的数字信息。因此，这一技术对于金融和国防等行业极具吸引力。
据《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）网络版10月29日刊发的一篇研究论文称，美国斯蒂文斯理工学院（Stevens Institute of Technology）和哥伦比亚大学（Columbia University）的研究人员已开发出的一种可扩展的手段，利用这种手段可以在具有前所未有的高精度的芯片上制造出数量众多的量子光源。这不仅为开发不可破解的密码系统铺平了道路，还能助力打造几秒钟内就能执行普通电脑需要数年才能完成的复杂运算的量子计算机。
该研究项目的第一作者、斯蒂文斯理工学院纳米光子实验室的主任斯蒂芬·斯特劳夫（Stefan Strauf）介绍道：“对可扩展量子光源的研究已经持续进行了20年，但是近期这个课题成为了国家（美国）优先发展的领域。这是第一次有人能够在可扩展的芯片上同时实现空间控制和高效率的结合，而所有这些（成果））都是实现量子技术所需要的。”
这篇论文阐述了一种制造量子光源的新方法，它能通过将半导体材料制成的、仅有原子厚度的薄膜拉伸贴附到由黄金制成的纳米立方体表面，从而在芯片上任何位置都能根据需要生成量子光源。就像紧绷绷的食物保鲜膜一样，这种薄膜能延伸到纳米立方体的各个角落，标明形成单光子发射器的指定位置。
过去该领域的研究已经在实验中测试了在指定位置生成量子发射器的方法，然而，那些设计方案不具有可扩展性，也不够高效，它们触发释放单光子的频率不够高，不足以达到在实际中应用的程度。现在，斯特劳夫和他的团队成功打破了这一研究瓶颈，成为该领域中第一个将空间控制、可扩展性与高效发射光子的能力相结合的开山鼻祖。
斯特劳夫在黄金纳米立方体和镜面之间生成量子发射器时，在两者之间留下了一条5纳米宽的窄缝——这要比一页纸的厚度小20000倍。斯特劳夫解释道：“镜面和纳米立方体之间的微小空间中诞生了一根光学天线，它能将所有的光子送入这道5纳米宽的空隙，从而将所有的能量集中起来。从本质上讲，它为单个光子从指定的位置和朝所需的方向迅速发射出去提供了必需的推进力。”
科界原创
编译：朱明逸
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源： 《自然·纳米技术》
期刊编号： 1748-3395
原文链接：
https://phys.org/news/2018-10-scalable-platform-on-chip-quantum-emitters.html
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