麻省理工学院的研究人员发现，新型光伏纳米颗粒可以发射相同的光子流，这可能为新的量子计算技术和量子隐形传态设备铺平道路。

该设备发射单光子流，可以为光量子计算机提供基础。

麻省理工学院的研究人员使用被广泛研究作为潜在的新型太阳能光伏发电的新型材料，证明这些材料的纳米颗粒可以发射单个相同的光子流。

研究人员表示，虽然这项工作目前是发现这些材料的基本功能，但它最终可能为新型光学量子计算机以及用于通信的量子隐形传态设备铺平道路。该结果于 6 月 22 日发表在《自然光子学》杂志上，论文作者为麻省理工学院研究生 Alexander Kaplan、化学教授 Moungi Bawendi 和其他六人。

显微成像显示钙钛矿纳米晶体的尺寸均匀性。

大多数量子计算概念都使用超冷原子或单个电子的自旋作为量子位，构成此类设备的基础。但大约二十年前，一些研究人员提出了使用光而不是物理物体作为基本量子比特位单元的想法。除其他优点外，这将消除对复杂而昂贵的设备的需求，以控制量子位，并从中输入和提取数据。取而代之的是，普通的镜子和光学探测器就足够了。

“有了这些类似量子位的光子，”Kaplan解释道，“只要你有适当准备的光子，以及‘家用’线性光学器件，你就可以建造一台量子计算机。”

这些光子的制备是关键。每个光子都必须精确匹配前一个光子的量子特性，以此类推。一旦实现了完美的匹配，“真正的大转变就是从需要非常先进的光学设备，到只需要简单的设备。需要特别的是光本身。”

然后，Bawendi解释说，他们采用这些彼此相同且无法区分的单光子，并使它们相互作用。这种不可区分性至关重要：如果你有两个光子，并且“它们的一切都是一样的，你不能说第一和第二，你不能用这种方式跟踪它们。这使得它们能够以某种非经典的方式相互作用。”

Kaplan说：“如果我们希望光子具有这种非常特殊的属性，即在能量、偏振、空间模式、时间以及所有我们可以用量子力学编码的东西上都非常明确，我们就需要光源在量子力学上也非常明确。”

他们最终使用的来源是一种铅盐石钙钛矿纳米颗粒。卤化铅钙钛矿薄膜作为潜在的下一代光伏发电而受到广泛关注，因为它们比当今标准的硅基光伏电池更轻，更容易加工。纳米颗粒形式的，卤化铅钙钛矿以其极快的低温辐射率而闻名，这使它们有别于其他胶体半导体纳米颗粒。光发射得越快，输出越有可能具有定义良好的波函数。因此，快速的辐射速率使卤化铅钙钛矿纳米颗粒能够独特地发射量子光。

为了测试它们产生的光子是否真的不可区分，一个标准的测试是检测两个光子之间的一种特定干涉，即Hong-Ou-Mandel干涉。Kaplan说，这种现象是许多基于量子的技术的核心，因此证明它的存在“已成为确认光子源可用于这些目的的标志”。

他说，很少有材料能发出符合这个测试的光。“它们几乎可以用一只手来列出。”虽然他们的新信号源还不完美，只有大约一半的时间产生HOM干扰，但其他信号源在实现可扩展性方面存在重大问题。其他来源连贯的原因是它们是用最纯净的材料制成的，它们是一个接一个，一个原子接一个原子地单独制成的。因此，可扩展性和可重复性非常差。”Kaplan说。

相比之下，钙钛矿纳米颗粒是在溶液中制成的，并简单地沉积在基底材料上。 “我们基本上只是将它们旋转到一个表面上，在这种情况下只是一个普通的玻璃表面，”Kaplan说。“我们看到它们经历了以前只有在最严格的制备条件下才能看到的这种行为。”

因此，尽管这些材料可能还不完美，“它们的可扩展性非常好，我们可以制造很多。而且它们目前还没有得到优化。我们可以将它们集成到设备中，并且进一步改进它们，”Kaplan说。

他说，在现阶段，这项工作是“一个非常有趣的基础发现”，展示了这些材料的功能。 “这项工作的重要性在于，希望它可以鼓励人们研究如何在各种设备架构中进一步增强这些功能。”

而且，Bawendi 补充道，通过将这些发射器集成到光学腔的反射系统中，就像已经对其他光源做过的那样，“我们完全有信心将它们集成到光学腔中，将使它们的性能达到竞争对手的水平。”

参考链接：https://scitechdaily.com/mit-pioneers-quantum-light-source-for-optical-quantum-computers-and-teleportation-devices-for-communication/?expand_article=1