大阪大學開發(fā)用于遠距離、超安全量子通信的納米天線

  ICC訊 在成熟的納米科學基礎上，大阪大學的一支研究團隊，剛剛在《應用物理快報》上介紹了其新開發(fā)的用于遠距離、超安全量子通信的納米芯片。 如圖所示，通過利用表面等離子天線和量子點中的電子激發(fā)，這套方案能夠?qū)⒐庾佑行д丈涞桨雽w上。更棒的是，它還與即將到來的先進技術兼容，有助于提升量子信息載體之間的傳輸效率。

  對于正在開發(fā)中的量子技術來說，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?shù)木幋a形式，顯然是遠遠不夠的。

  而通過近日發(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：

  大阪大學已攜手合作伙伴的研究人員，通過金屬納米結構顯著增強了光電轉換的效率 —— 這也是開發(fā)用于分享 / 處理數(shù)據(jù)的先進技術、使之更接近于實際應用需求的重要一步。

  據(jù)悉，經(jīng)典計算機信息基于簡單的“開 / 關”讀數(shù)，所以通過相關中繼放大技術來實現(xiàn)長距離信息傳輸，實現(xiàn)起來也是相對簡單的。

  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。因此被稱作量子點的半導體納米盒，就成為了許多研究人員所重點關注的量子信息存儲 / 傳輸組件。

  然而量子中繼技術存在著一些局限性，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(zhàn)，正是大阪大學研究人員著力于解決的問題。

  研究一作 Rio Fukai 解釋稱：在量子通信研究中常見的砷化鎵量子點材料上，上單個光子轉換為單個電子的效率，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 —— 它由超小的金同心環(huán)組成 —— 能夠?qū)⒐饩劢沟絾蝹€量子點上，從而讓中繼設備能夠輕松讀取電壓。

  與非納米天線方案相比，研究人員將光子吸收效率提升了 9 倍。在照亮單個量子點后，大部分光生電子并沒有被困住，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最小的電壓讀數(shù)，使得我們能夠輕松將之與量子點產(chǎn)生的電壓讀數(shù)區(qū)分開來，而不會破壞設備的預期讀數(shù)。

  資深作者 Akira Oiwa 補充道：理論模擬表明，后續(xù)該技術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手，其一是改善光源對準、其二是更精確地制造納米天線。

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