新的方法是朝着在量子通信和信息处理中使用单光子迈出的一步。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员开发出一种新颖的技术，用于产生一系列圆偏振的单光子，这对于量子信息和通信至关重要。他们利用原子薄材料表明，单层半导体可以在没有外部磁场的情况下发射圆偏振光。研究团队利用纳米级凹陷来实现这一点，从而实现了量子密码学、通信以及可能构建超安全量子互联网的关键一步。

革命性的量子发光器

洛斯阿拉莫斯国家实验室的一组科学家堆叠了两种不同的原子薄材料，实现了手性量子光源。这种新的量子发光器生成一系列圆偏振的单光子，或者说是光粒子，这可能对一系列量子信息和通信应用非常有用。

“我们的研究表明，单层半导体在没有外部磁场的情况下也能发射圆偏振光，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家Han Htoon说。“以前只有通过庞大的超导磁体创建高磁场，通过将量子发射器耦合到非常复杂的纳米光子结构中，或者通过将自旋极化载流子注入量子发射器才能实现这种效应。我们的接近效应方法具有低成本制造和可靠性的优势。”

极化状态是对光子进行编码的手段，所以这一成就是实现量子密码学或量子通信的重要一步。

“通过一个能生成一系列单光子并引入极化的光源，我们本质上将两个设备合二为一了，”Htoon说道。

缩进是光致发光的关键

正如在《自然材料》杂志发表的一篇论文中所描述的那样，研究团队在综合纳米技术中心工作，将单分子厚度的硒化钨半导体层叠在较厚的磷化镍三硫化物磁性半导体层上。博士后研究员李祥志使用原子力显微镜在薄膜材料堆叠上创建了一系列纳米尺度的凹痕。这些凹痕直径约为400纳米，因此超过200个这样的凹痕可以轻松地放置在人头发的宽度上。

当激光聚焦在这些材料堆叠上时，由原子显微镜工具创建的凹痕对两个效应都非常有用。首先，凹痕在电势能景观中形成一个井或凹陷。硒化钨单层的电子陷入其中，从而刺激了井中的单光子的发射。

纳米压痕还破坏了底层镍磷三硫化物晶体的典型磁性特性，使局部具有向上的磁矩指向材料外部。这个磁矩使发射的光子具有循环偏振。为了对这种机制进行实验验证，团队首先与洛斯阿拉莫斯的国家高磁场实验室脉冲场设施合作进行了高磁场光学光谱实验，然后与瑞士巴塞尔大学合作测量了局部磁矩的微小磁场。

实验证明，团队成功地展示了一种控制单光子流的极化状态的新方法。

量子信息编码

目前，该团队正在探索使用电气或微波刺激调制单光子的循环偏振程度的方法。这种能力将为将量子信息编码到光子流中提供一种方法。

进一步将光子流耦合到波导中（微观光导管），将提供光子在一个方向传播的光子电路。这样的电路将是构建超安全量子互联网的基本组成部分。