碳纳米管有望成量子单光子源将促进基于光学的量子通信和计算发展

拥有一个简单有机分子的碳纳米管的功能化产生缺陷位点,改变缺陷的电子结构将带来室温条件下电信波长的单光子发射。

据美国洛斯阿拉莫斯国家实验室官网近日消息，该实验室研究人员正与法国、德国伙伴合作，探索碳纳米管作为量子信息处理所用的单光子发射器的潜能。发表在最新一期《自然·材料学》杂志的新研究将促进基于光学的量子通信和量子计算的发展。

论文作者之一、该实验室集成纳米技术中心（CINT）科学家斯蒂芬·多伦表示：“将纳米管集成到光学腔体中，以操控并优化发光特性，我们对这方面的进展特别感兴趣。碳纳米管可以很好地集成到光学结构中，集成到电致发光设备中的碳纳米管可以更好地控制发光时序。我们正着力研究将碳纳米管的缺陷状态作为室温条件下电信波长单光子发射器通路，以及其光物理学属性。”

在传统信息网络中，信息以“比特”的形式流动，用电子电路处理和调制，并通过光脉冲传输；而量子信息网络采用“量子比特”来处理和存储量子信息。不同于经典网络，量子信息网络不同节点之间的信息传输采用的是单光子，而不是强烈的光脉冲。

论文指出，良好的单光子源（在规定时间内最多发射一个光子的光源）对于量子信息处理与量子通信非常重要，而传统光源，如太阳光、电灯等，发射的都是“成群结队”的光子。

有鉴于此，该实验室研究人员与法国、德国的合作伙伴们一起探索将碳纳米管作为量子信息处理所用单光子发射器的潜能。目前，实验室已开发出经化学方法修改的纳米管结构，故意制造出缺陷、局部化激子，并控制它们释放的方法。

多伦表示，接下来，他们打算将纳米管集成到光学谐振器中，从而增强光源亮度并产生难以区分的光子。他说：“要创造出彼此之间难以区分的单光子，依赖于将这些碳纳米管功能化，使其适合设备集成，并最小化缺陷位点与环境之间交互的能力。”

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