大阪大學(xué)開(kāi)發(fā)用于遠距離、超安全量子通信的納米天線(xiàn)

  ICC訊 在成熟的納米科學(xué)基礎上，大阪大學(xué)的一支研究團隊，剛剛在《應用物理快報》上介紹了其新開(kāi)發(fā)的用于遠距離、超安全量子通信的納米芯片。 如圖所示，通過(guò)利用表面等離子天線(xiàn)和量子點(diǎn)中的電子激發(fā)，這套方案能夠將光子有效照射到半導體上。更棒的是，它還與即將到來(lái)的先進(jìn)技術(shù)兼容，有助于提升量子信息載體之間的傳輸效率。

  對于正在開(kāi)發(fā)中的量子技術(shù)來(lái)說(shuō)，當今經(jīng)典計算機所采用的基于“0”和“1”的信息存儲和傳輸的編碼形式，顯然是遠遠不夠的。

  而通過(guò)近日發(fā)表于《應用物理快報》上的《Detection of photogenerated single electrons in a lateral quantum dot with a Surface plasmon antenna》一文，我們得知：

  大阪大學(xué)已攜手合作伙伴的研究人員，通過(guò)金屬納米結構顯著(zhù)增強了光電轉換的效率 —— 這也是開(kāi)發(fā)用于分享 / 處理數據的先進(jìn)技術(shù)、使之更接近于實(shí)際應用需求的重要一步。

  據悉，經(jīng)典計算機信息基于簡(jiǎn)單的“開(kāi) / 關(guān)”讀數，所以通過(guò)相關(guān)中繼放大技術(shù)來(lái)實(shí)現長(cháng)距離信息傳輸，實(shí)現起來(lái)也是相對簡(jiǎn)單的。

  然而量子信息基于相對更復雜、更安全的量子物理特性，例如光子極化和電子自旋。因此被稱(chēng)作量子點(diǎn)的半導體納米盒，就成為了許多研究人員所重點(diǎn)關(guān)注的量子信息存儲 / 傳輸組件。

  然而量子中繼技術(shù)存在著(zhù)一些局限性，尤其是光電信息的轉換非常低效。想要克服這種信息轉換和傳輸挑戰，正是大阪大學(xué)研究人員著(zhù)力于解決的問(wèn)題。

  研究一作 Rio Fukai 解釋稱(chēng)：在量子通信研究中常見(jiàn)的砷化鎵量子點(diǎn)材料上，上單個(gè)光子轉換為單個(gè)電子的效率，目前仍然極低。

  為此，該校研究團隊設計了一種新型納米天線(xiàn) —— 它由超小的金同心環(huán)組成 —— 能夠將光聚焦到單個(gè)量子點(diǎn)上，從而讓中繼設備能夠輕松讀取電壓。

  與非納米天線(xiàn)方案相比，研究人員將光子吸收效率提升了 9 倍。在照亮單個(gè)量子點(diǎn)后，大部分光生電子并沒(méi)有被困住，而是積聚在設備中的雜質(zhì)或其它位置。

  即便如此，這些多余的電子還是給出了一個(gè)最小的電壓讀數，使得我們能夠輕松將之與量子點(diǎn)產(chǎn)生的電壓讀數區分開(kāi)來(lái)，而不會(huì )破壞設備的預期讀數。

  資深作者 Akira Oiwa 補充道：理論模擬表明，后續該技術(shù)有望將光子吸收效率提升到 25 倍。目前研究團隊正打算從兩方面著(zhù)手，其一是改善光源對準、其二是更精確地制造納米天線(xiàn)。

  展望未來(lái)，新技術(shù)有望在成熟的納米光子學(xué)的基礎上，推動(dòng)即將到來(lái)的量子通信信息網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展。借助糾纏 / 疊加等抽象物理特性，量子技術(shù)或在數十年后帶來(lái)前所未有的信息安全和數據處理應用。