该设备发射连续的单光子流，可能为光学量子计算机提供基础。

在麻省理工学院，研究人员利用被广泛研究作为潜在新型太阳能光伏材料的新材料，展示了这些材料的纳米颗粒能够发射一串单一且相同的光子。

研究人员表示，尽管目前的工作是对这些材料能力的根本性探索，但它最终可能为新一代基于光学的量子计算机铺平道路，同时也为通信领域的可能性量子传送装置提供了思路。来自麻省理工学院的研究结果于6月22日在《自然光子学》杂志上发表，由研究生亚历山大·卡普兰、化学教授蒙基·巴文迪以及其他六位研究人员共同完成。

绝大多数量子计算的概念使用超冷原子或单个电子的自旋作为构成这类设备基础的量子比特或qubits。然而，大约20年前，一些研究人员提出了使用光而非物理目标作为基本的qubit单位的想法。除其他优点外，这将消除了控制qubits、输入和提取数据所需的复杂昂贵设备的需求。相反，普通的镜子和光学探测器就足够了。

Kaplan解释道，通过这些类似量子比特的光子，只需使用‘家用级’的线性光学，你就可以构建一个量子计算机，前提是你适当地准备好光子。

这些光子的制备是关键。每个光子必须精确地匹配前一个光子的量子特性，依此类推。一旦达到完美的匹配，“那么真正巨大的范式转变就是从需要非常精细的光学设备转变为只需要简单的设备。唯一需要特殊的是光本身。”

然后，Bawendi解释说，他们将这些完全相同且无法区分的单个光子彼此之间进行相互作用。这种无法区分性是至关重要的：如果你有两个光子，“它们之间的一切都是相同的，你无法区分出第一个和第二个，无法以这种方式追踪它们。这是使它们以非经典方式相互作用的关键。”

卡普兰表示：“如果我们希望光子具备这种非常特定的属性，既能在能量、偏振、空间模式、时间等方面非常明确地进行编码，那么源头在量子层面上也需要非常明确地具备量子特性。”

他们最终使用的源材料是一种铅-卤化物钙钛矿纳米颗粒。铅-卤化物钙钛矿薄膜被广泛研究作为潜在的下一代光伏材料，因为相较于目前的基于硅的光伏材料，它们可能更轻巧且更易加工。在纳米颗粒形式下，铅-卤化物钙钛矿以其令人眼花缭乱的超快低温辐射速率而引人注目，这使它们与其他胶体半导体纳米颗粒区别开来。光的辐射速度越快，输出的波函数分布越明确。因此，快速的辐射速率使铅-卤化物钙钛矿纳米颗粒独特地能够发射量子光。

为了测试它们所产生的光子是否真的具有这种无法区分的特性，一个标准的测试是检测两个光子之间的一种特定干涉现象，即香渥曼德尔干涉。卡普兰表示，这种现象对许多基于量子的技术至关重要，因此证明其存在“一直是确认光子源可用于这些目的的标志。”

他表示：“很少有材料能够发出符合这一测试的光线。它们基本上可以用一只手数过来。”虽然他们的新光源还不完美，只能一半的时间产生HOM干涉，但其他光源在实现可扩展性方面存在重大问题。“其他光源之所以相干是因为它们采用了最纯净的材料，每个原子逐个制作。因此，可扩展性和再现性都非常差。”卡普兰说。

相比之下，钙钛矿纳米颗粒是在溶液中制备并简单地沉积在基底材料上的。“我们基本上只是把它们旋涂到一个表面上，比如一个普通的玻璃表面，”Kaplan说。“我们看到它们表现出了之前仅在最严格的制备条件下才能观察到的行为。”

所以，尽管这些材料可能还不完美，“它们非常可扩展，我们可以大量生产。目前它们并没有进行很好的优化，但我们可以将其整合到设备中，并进一步改进。”卡普兰表示。

在这个阶段，他说，这项工作是一项“非常有趣的基础性发现”，展示着这些材料的能力。“这项工作的重要性在于希望能够鼓励人们探索如何进一步提升这些材料在各种器件结构中的应用。”

巴温迪补充道，通过将这些发射器整合到被称为光学腔的反射系统中，就像其他光源已经做的那样，"我们完全相信将它们整合到一个光学腔中将使它们的性能提高到竞争的水平。"