来自德国维尔兹堡朱利叶斯马克西米利安大学（JMU）和英国伦敦帝国理工学院的物理学家发表了在室温下控制光与物质耦合的研究。
这一成就尤其重要，因为它为实现实用性光量子技术奠定了基础。事实上,许多光学量子过程的展示要求低温下保护量子态,而这一工作将量子过程提升到室温,并引入了可控性——这两者都是量子计算机等技术的重要因素。这在一定程度上实现“用光计算”,可以确信比现有的计算机更加强大。
发射的光子被捕获并重新吸收
一个光子是在在一个激发态分子或量子点返回到它的低能量基态时产生的。这个过程被称为自发辐射，通常是不可逆的，即发射的光子不会简单地返回到发射者并再被吸收。但是，如果发射体与光的存储元件(即光学谐振器)紧密耦合，那么发射的光子就会在发射器附近停留相当长的一段时间，大大增加了被重新吸收的机会。 “这种自发辐射的逆转对于量子技术和信息处理来说是非常重要的，尤其是它促进了物质与光之间的量子信息交换，同时保持了两者的量子特性。” 帝国理工学院的Ortwin Hess教授说。
轮到等离子体纳米共振器大显身手
然而，这种量子信息的交换通常只在非常低的温度下才可能发生，这使得发射器光谱的谱线非常尖锐，因而增加了吸收的可能性。Bert Hecht教授和Ortwin Hess教授的团队是现在世界上成功实现在室温下光与单量子点的强耦合状态的先驱群体之一。
为了在室温条件下实现光子的再吸收，研究人员使用了一种等离子体纳米管，它在薄的金层中有极窄的狭缝。“这谐振器允许我们将一个存储信息的光子的电磁能量在空间上集中到比量子点本身不是大得多的区域上。” Hecht教授的同事海科Groß解释道。结果是，用于信息存储的光子被发射体高概率重新吸收。
精确控制发射极和谐振器之间的耦合
虽然类似的想法已经由其他研究人员在单分子系统上实现,现在来自伦敦和维尔茨堡的研究人员发表的工作已经设法通过一个方式不断改变耦合来控制谐振器和量子发射器的耦合,尤其是以精确的方式打开和关闭。这个团队通过将纳米共振器附加到原子力显微镜的尖端来实现这一目标。这样，他们就能在共振器的邻近区域内以纳米精度精确地移动它。在这个例子中尖端是量子点。
发射极和谐振器之间的超快能量交换。
基于他们的成果，研究人员现在希望不仅通过改变它们的距离，还可以通过外部的刺激——甚至单个的光子来控制量子点和谐振器的耦合。这将导致在实现光学量子计算机这一具有挑战性的道路上出现前所未有的新可能性。
“这显然是一个最有用的特性,量子点和谐振器之间的能量交换发生的极快。“Groß说。这解决了低温装置的难题:在极低的温度下，光与物质之间的能量振荡会因谐振器的长时间储存而显著减慢。
原文来自nanowerk
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