來自德國維爾茲堡朱利葉斯馬克西米利安大學（JMU）和英國倫敦帝國理工學院的物理學家發(fā)表了在室溫下控制光與物質(zhì)耦合的研究。
這一成就尤其重要，因為它為實現(xiàn)實用性光量子技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。事實上,許多光學量子過程的展示要求低溫下保護量子態(tài),而這一工作將量子過程提升到室溫,并引入了可控性——這兩者都是量子計算機等技術(shù)的重要因素。這在一定程度上實現(xiàn)“用光計算”,可以確信比現(xiàn)有的計算機更加強大。
發(fā)射的光子被捕獲并重新吸收
一個光子是在在一個激發(fā)態(tài)分子或量子點返回到它的低能量基態(tài)時產(chǎn)生的。這個過程被稱為自發(fā)輻射，通常是不可逆的，即發(fā)射的光子不會簡單地返回到發(fā)射者并再被吸收。但是，如果發(fā)射體與光的存儲元件(即光學諧振器)緊密耦合，那么發(fā)射的光子就會在發(fā)射器附近停留相當長的一段時間，大大增加了被重新吸收的機會。 “這種自發(fā)輻射的逆轉(zhuǎn)對于量子技術(shù)和信息處理來說是非常重要的，尤其是它促進了物質(zhì)與光之間的量子信息交換，同時保持了兩者的量子特性。” 帝國理工學院的Ortwin Hess教授說。
輪到等離子體納米共振器大顯身手
然而，這種量子信息的交換通常只在非常低的溫度下才可能發(fā)生，這使得發(fā)射器光譜的譜線非常尖銳，因而增加了吸收的可能性。Bert Hecht教授和Ortwin Hess教授的團隊是現(xiàn)在世界上成功實現(xiàn)在室溫下光與單量子點的強耦合狀態(tài)的先驅(qū)群體之一。
為了在室溫條件下實現(xiàn)光子的再吸收，研究人員使用了一種等離子體納米管，它在薄的金層中有極窄的狹縫。“這諧振器允許我們將一個存儲信息的光子的電磁能量在空間上集中到比量子點本身不是大得多的區(qū)域上。” Hecht教授的同事海科Gro?解釋道。結(jié)果是，用于信息存儲的光子被發(fā)射體高概率重新吸收。
精確控制發(fā)射極和諧振器之間的耦合
雖然類似的想法已經(jīng)由其他研究人員在單分子系統(tǒng)上實現(xiàn),現(xiàn)在來自倫敦和維爾茨堡的研究人員發(fā)表的工作已經(jīng)設(shè)法通過一個方式不斷改變耦合來控制諧振器和量子發(fā)射器的耦合,尤其是以精確的方式打開和關(guān)閉。這個團隊通過將納米共振器附加到原子力顯微鏡的尖端來實現(xiàn)這一目標。這樣，他們就能在共振器的鄰近區(qū)域內(nèi)以納米精度精確地移動它。在這個例子中尖端是量子點。
發(fā)射極和諧振器之間的超快能量交換。
基于他們的成果，研究人員現(xiàn)在希望不僅通過改變它們的距離，還可以通過外部的刺激——甚至單個的光子來控制量子點和諧振器的耦合。這將導致在實現(xiàn)光學量子計算機這一具有挑戰(zhàn)性的道路上出現(xiàn)前所未有的新可能性。
“這顯然是一個最有用的特性,量子點和諧振器之間的能量交換發(fā)生的極快。“Gro?說。這解決了低溫裝置的難題:在極低的溫度下，光與物質(zhì)之間的能量振蕩會因諧振器的長時間儲存而顯著減慢。
原文來自nanowerk
化學慧納米材料系列產(chǎn)品
