碳納米管可以作為新興的量子光源

洛斯阿拉莫斯的研究人員以及法國、德國的合作伙伴正在研究碳納米管作為用于量子信息處理的單光子發(fā)射器的潛力。他們對該領(lǐng)域進(jìn)展的分析發(fā)表在本周的“Nature Materials”雜志（“Carbon nanotubes as emerging quantum-light sources”）上。

“我們特別感興趣的是將納米管集成到光子腔中以便操縱和優(yōu)化發(fā)光特性，”Stephen Doorn說，他是作者之一，也是綜合納米技術(shù)中心（CINT）的洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室的科學(xué)家）�！傲硗�，集成到電致發(fā)光器件中的納米管可以提供對光發(fā)射時間的更好控制，并且它們可以集成到光子結(jié)構(gòu)中。我們強(qiáng)調(diào)碳納米管缺陷狀態(tài)的發(fā)展和光物理探測是在通信波長實(shí)現(xiàn)室溫單光子發(fā)射器的關(guān)鍵�！�

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圖示為碳納米管缺陷部位，該缺陷是帶有簡單的有機(jī)分子的納米管的功能化產(chǎn)生的。改變該缺陷處的電子結(jié)構(gòu)可以使得通信波長的室溫單光子發(fā)射成為可能

該團(tuán)隊的綜述是與巴黎的同事（Christophe Voisin）合作完成的，他們正在研究將納米管集成到光子腔中以改變其發(fā)射速率，而在卡爾斯魯厄（Ralph Krupke），他們正在將基于納米管的電致發(fā)光器件與光子波導(dǎo)集成到一起。洛斯阿拉莫斯的重點(diǎn)是分析納米管缺陷，以促進(jìn)量子發(fā)射向室溫和通信波長發(fā)展，他說。

正如這篇論文中指出的那樣，“隨著高速信息網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，光已成為全球主要的信息載體。單光子源在安全量子通信計量或量子計算方案中是各種技術(shù)的關(guān)鍵組成部分�！�

在這個領(lǐng)域使用單壁碳納米管一直是洛斯阿拉莫斯CINT團(tuán)隊的研究焦點(diǎn)，他們開發(fā)了化學(xué)修飾納米管結(jié)構(gòu)以刻意產(chǎn)生缺陷，該缺陷具有可以定位激子并控制其釋放的能力。Doorn指出，接下來的步驟涉及將納米管整合到光子諧振器中，以提供增加的光源亮度并產(chǎn)生完全相同的光子。

“我們需要創(chuàng)造出彼此完全相同的單光子，而且這要依靠我們的能力來使納米管功能化，這些納米管非常適合器件集成，并盡量減少與缺陷位點(diǎn)的環(huán)境交互，”他說。