單一光子可在室溫下穩(wěn)定生成

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所日前報(bào)告，該所科學(xué)家參加的一個(gè)研究小組，在世界上首次利用鉆石發(fā)光二極管在室溫下穩(wěn)定生成單一光子，這將推進(jìn)量子密碼通信和量子計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)。

公報(bào)披露，該所高級(jí)工程師山崎聰和大阪大學(xué)副教授水落憲和等研究人員以人造鉆石為原料，在其中埋入由碳原子空穴和氮原子組成的復(fù)合體作為發(fā)光中心，在室溫下穩(wěn)定生成了單一光子，解決了制約單一光子源實(shí)用化的能源和成本瓶頸。

量子密碼通信理論上無法竊聽，是一種理想的通信技術(shù)，近年來世界許多國家和企業(yè)都在研究。實(shí)現(xiàn)量子密碼通信必需有穩(wěn)定的單一光子源，能在需要的時(shí)候簡單、精確地發(fā)出一個(gè)個(gè)載有信息的光子。迄今為止，單一光子源多采用量子點(diǎn)或有機(jī)分子，但它們在室溫下很不穩(wěn)定，需要用極低溫來冷卻，而且必須用激光激發(fā)，增加了能源消耗和成本。

在這項(xiàng)研究中，科研人員用無雜質(zhì)的高品質(zhì)人造鉆石作發(fā)光層(i層)，在中間埋入發(fā)光中心，這個(gè)發(fā)光中心由一個(gè)除去碳原子的空穴和一個(gè)氮原子組成。但是沒有雜質(zhì)的鉆石不能導(dǎo)電，科研人員又制作了添加磷的N層和添加硼的P層，將i層夾在中間，形成擁有P-i-N構(gòu)造的元件。

經(jīng)光子相關(guān)光譜法等精密方法測試，只要讓電流流經(jīng)該元件的發(fā)光層，發(fā)光中心就能穩(wěn)定產(chǎn)生單一光子，證實(shí)了該元件能在室溫下作為單一光子源工作，這為研發(fā)節(jié)能、低成本的量子密碼通信技術(shù)開辟了道路。另外，發(fā)光中心還具備優(yōu)秀的自旋性能，有可能作為量子計(jì)算機(jī)的元件使用。