http://www.physorg.com/news/2011-10-quantum-qubit.html
By Caroline Perry, October 10, 2011
(PhysOrg.com) -- 哈佛工程師與物理學家終於在內嵌於銀之中的微小鑽石柱內捕捉到光線，該鑽石柱以一種可控制的速率釋出一串單光子。
此進展代表通往量子網路之路的一個里程碑，在其中，資訊能以電子的自旋來編碼，並經由光線在網路上傳送，每一次一個光子。
這項發現發表在 Nature Photonics 期刊中，並出現在 10/9 的線上版。
"我們能使光子的發射變更快，在未來的量子網路中那將允許我們在每秒內完成更多處理 -- 例如，更多計算，" 首席研究者 Marko Loncar 表示，哈佛工程與應用科學學院（SEAS）電機工程副教授。
Loncar 的研究團隊所打造的裝置是由一列平行的、微小的、奈米組裝的鑽石柱所組成，內嵌在一層銀中，而每一根鑽石柱作用如同一個單光子源。
自其奈米結構中將銀包覆移除，該團隊藉此亦能達到較緩慢的光子釋出，那有利於探索量子系統的動態。
這項突破利用了鑽石晶格中的瑕疵，在此，碳原子由其他元素取而代之。對肉眼來說，這些瑕疵看起來像是鑽石中的變色（discolorations），在氮的例子中會變成黃色。有時，氮原子旁邊也會有空缺（vacancy，那邊少了碳原子）。
每個氮空缺（nitrogen-vacancy）瑕疵都能權充近乎完美的量子發射器（quantum emitter），能一個接著一個發射紅光子，甚至是在室溫下。此技術對於可縮放、on-chip 量子網路的實現而言，是一個大有可為的候選者。
"對量子資訊處理來說，鑽石中的顏色中心（color centers）成為量子位元（qubits）是非常有趣的一件事，在此，它們能當成用來儲存資訊的記憶體，" Loncar 說。"更重要的是，它們能接受詢問（interrogated） -- 它們能以光線寫入與讀出。"
Loncar 的團隊製造出包含帶負電氮空缺顏色中心的鑽石柱，那能吸收光並在一給定時間內維持其能量，最後以光子的形態將之釋出。
"光子發射的速率可藉由仔細改造顏色中心的周圍而受到控制，" 共同作者 Irfan Bulu 表示， Loncar 小組中的研究助理。然而，要實現釋出的細微控制卻很困難。
"主要挑戰之一是你能將資訊寫入到這些顏色中心的自旋的效率，以及你能收集從顏色中心發射出來的光子的效率，" 共同作者 Jennifer Choy 表示，Loncar 實驗室的畢業生。"其他挑戰是速率 -- 你完成這些過程有多快。"
Loncar 小組先前的研究利用鑽石奈米線來疏導（channel）並指引光子的流動從而解決了收集效率的問題。這項新研究操縱鑽石柱的半徑並添加銀塗層。鑽石--銀結構作用如同一個光學奈米共振器（optical nanoresonator），在發射器四周創造出一道強烈的電磁場，並為發射速率提供新的控制層次。
此外，此裝置在室溫下作用 -- 對於實用的運算應用來說是一種不可或缺的需求 -- 而且這種奈米結構化的晶片可完全縮放。
"我們同時在大規模的系統（那讓我們製造數十萬個特性相近的裝置）中設計每樣東西，而且我們使用傳統的微米製造與奈米製造技術，不同於此領域之前所做過的，" Birgit Hausmann 表示，Loncar 實驗室的畢業生以及其中一位共同作者。
※ 相關報導：
＊ Enhanced single-photon emission from a diamond–silver aperture
http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2011.249
Jennifer T. Choy, Birgit J. M. Hausmann, Thomas M. Babinec,＊ 奈米碳管作為一單光子源
Irfan Bulu, Mughees Khan, Patrick Maletinsky, Amir Yacoby &
Marko Loncar
Nature Photonics (2011)
doi: 10.1038/nphoton.2011.249
＊ 「寬頻」單光子源
＊ 用於長途通訊之單光子固態記憶體
＊ 以新奇的光學電晶體控制光的流動
＊ 茁壯中的量子電腦：在量子處理器中重複錯誤校正
＊ 石墨烯光學調變器造就超快通訊
＊ 新3D 光子晶體同時具光、電特性
＊ 磁振子學：奈米級自旋波能取代微波
＊ 首度在雙狹縫干涉儀實驗中觀察單個光子
＊ 變色龍般的保護色：奈米偽裝（nano-camo）
＊ 完美的非反射
沒有留言:
張貼留言