光的量子特性——通信發展的重要推手

2020-11-06 科學大觀園雜誌


納米節點圖示。

光子雖無質量，但卻是量子計算和量子通信系統的重要元素。近日，美國羅徹斯特大學和康奈爾大學的研究人員在利用光子進行長距離信息交換的通信網絡開發方面邁出了重要一步。

該研究團隊設計了一種由磁性材料和半導體材料製成的納米級節點，它可以利用雷射發射、接收光子，與其他節點互動。與目前用於計算和通信的網絡相比，這種利用光的量子力學特性的量子網絡將使通信、計算以及材料探測更快更高效。

據《自然通訊》雜誌描述，該節點由一組僅120納米高的柱狀陣列組成。它們是平臺的一部分，平臺包含原子級薄層的半導體和磁性材料。每一柱狀物都可以作為與光子互動的量子態定位標記，而相關光子可以與設備中其他位置陣列互動。

這種通過遠程網絡連接量子節點的潛能來源於「量子糾纏」概念。它或許意味著，科學家們未來能夠開發出一種新型寄存器——在不同的空間位置存儲信息，並通過光子互動相互連接。

此前，量子光學和量子物理學教授Nick Vamivakas的實驗室曾通過原子厚度的材料疊加來製造或捕獲單個光子，而這也成為本次研究的實驗基礎。

新裝置用WSe2覆蓋柱狀物，並以具有高活性的超薄三碘化鉻層（CrI3）打底。兩者接觸時，CrI3會給WSe2充電，在每根柱狀物旁形成一個小孔。每個帶正電荷的小孔都具有二元磁性，因此也是納米磁體。當裝置沐浴在雷射中時，進一步反應發生，納米磁體將轉化為單個光學主動自旋陣列，發射光子並與之相互作用。傳統的信息處理只能對二進位值進行單獨編碼，而自旋狀態可以同時對0和1進行編碼，從而擴展了信息處理的可能性。

「使用超薄CrI3能夠有效控制自旋方向，它取代了龐大的外部磁場設備，」論文作者、研究生Arunabh Mukherjee評價道，「這對基於單孔自旋的量子計算機『減負』有很大幫助。」

原創編譯：朱明逸 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《自然通訊》

期刊編號： 2041-1723

原文連結：https://phys.org/news/2020-11-quantum-properties-transmit.html

版權聲明：本文為原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。

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