Only Perception: 「寬頻」單光子源

2008-09-27

「寬頻」單光子源

A broadband single-photon source
http://www.physorg.com/news141038462.html

September 19, 2008

當科學家正朝著實用的量子運算、改良過的量子密碼學與可縮放的量子通訊系統邁進時，單光子源（single photon sources）將更顯重要。然而，到目前為止高效率的固態單光子源很難到手。"標準程序，" Peter Lodahl 表示，"得要將量子點置入光子晶體共振腔中。"

DTU Fotonik（丹麥科技大學光子學研究所）的物理學家 Lodahl 解釋：傳統的共振腔設置可以產生單光子。然而，缺點是伴隨著這種共振腔而來的窄頻。"這種共振腔的線寬（linewidth）十分窄，而這顯著限制了該裝置的實用性，因為量子點相對於此共振腔之定位與調整需要相當精確，" 他說。"此外，隨後而來的光子需要在腔外耦合，方能為量子通訊所用。"

Lodahl 及其同僚朝著通訊目的使用的寬頻寬、高效率、單光子源跨出一步。該小組亦包含來自德國 Wurzburg 大學的科學家。該團隊將量子點耦合至一個光子晶體波導（photonic crystal waveguide）而非倚賴共振腔。他們實驗的結果能在 Physical Review Letters 中找到。

"量子點嵌入至一個光子晶體波導中，" Lodahl 解釋。"一個量子點受激並發出單一光子，那接著以很高的效率被耦合至波導。我們接著使這個光子在此單模的波導（single mode of the waveguide）中傳播。" 他說，重新激發此量子點，讓這個單光子源能接連產生光子。

Lodahl 說，寬頻效應是光子晶體波導的獨特特性。"我們能改造它，例如，透過控制孔洞（以光子晶體製成）之間的距離。" 他也指出所導致的、光在孔洞上的散射意味著傳播至波導中的光已經減慢。"慢光（Slow light）傳播是獲得量子點與光子晶體波導間強烈耦合的關鍵。"

單光子源就實際的量子應用而言被認為有各種不同的應用。Lodahl 的團隊對於創造 on-chip 單光子源格外有興趣。這將使得它們在固態量子資訊處理或量子運算的領域中更有用。

雖然先進的固態量子資訊讓 Lodahl 頗感興趣，不過他告誡那不過是第一步。在此程序能夠實行之前仍有一段路要走。"這只是第一個實驗，" 他說，"第一個證明此設置是可行的，以及單光子能利用這種方式有效率的取得。" 他指出，這裡仍有許多要探索。"我們想要研究由此波導所發出光子的特性，尤其是它們的同調性（coherence）。" Lodahl 亦相信透過未來的實驗，應當能夠改進這種設計。"這種新且有效率的單光子源能進一步改良，使它在量子資訊與量子運算應用中非常有希望。"

關於此計畫：
http://www.fotonik.dtu.dk/quantumphotonics

※ 相關報導：

＊ Experimental Realization of Highly Efficient Broadband Coupling of Single Quantum Dots to a Photonic Crystal Waveguide
http://link.aps.org/abstract/PRL/v101/e113903

T. Lund-Hansen, S. Stobbe, B. Julsgaard, H. Thyrrestrup,
T. Sunner, M. Kamp, A. Forchel, and P. Lodahl
Phys. Rev. Lett. 101, 113903 (2008)
doi: 10.1103/PhysRevLett.101.113903