量子领域又一突破：于芯片上产生单光子

产生单光子在量子研究中很重要，因为它们在基于光子的量子技术的发展中起着关键作用。单光子被认为是量子通信和量子计算的构件，因为它们允许双方之间的量子信息传输。以高效率和高可靠性产生单光子的能力有可能彻底改变量子技术，并在密码学、传感和计算等领域带来新的进步。

加州大学圣巴巴拉分校的穆迪实验室已经设计出一种在芯片上产生单光子的新方法。人们对量子技术的未来持续感到兴奋，这是因为叠加、纠缠和隧道量子粒子的独特能力，它们可以同时以两种状态存在，并可能在一系列应用中带来更大的功率和效率。最近发表在《纳米通讯》上的一篇文章的共同作者、博士生卡米亚尔-帕尔托说，目前的量子设备状况就像20世纪50年代的计算机行业，刚刚起步。帕尔托与著名的量子光子学专家、电子和计算机工程教授加兰-穆迪一起工作。这篇论文详细介绍了该领域的一项重大突破，即创建了一种片上方法来产生稳定的单光子流，这对基于光子的量子技术的发展至关重要。

帕尔托认为，量子技术的获胜平台很可能是各种平台的组合，每个平台都有自己的优势和局限。例如，由于光有移动的趋势，用量子光子技术传输信息更容易，但自旋量子比特更适合存储信息。帕尔托建议使用光子学将数据从存储效果最好的平台上转移过来，一旦到了那里，再将其转换为另一种格式。

量子比特是量子技术的组成部分，与经典比特不同，后者只能处于0或1的单一状态。Qubits可以同时为0和1。在光子学中，一个光子可以同时存在和不存在，使其成为一个两级系统，可以处于0、1或任何组合的状态，如50%的0和50%的1，或80%的1和20%的0。挑战是如何有效地产生和收集单光子，例如通过使用波导在芯片上引导它们，波导引导光很像电线引导电。

帕尔托和他的团队通过利用只有一个原子厚的二维半导体材料中的缺口产生单光子。通过将激光照射在合适的缺口上，该材料就会发出单光子。该缺口作为一种限速状态，使其能够作为一个工厂，一次生产一个单光子。尽管每隔三到五纳秒就可能产生一个单光子，但研究人员并不确定确切的速率。二维材料是将这种缺口设计到特定位置的理想材料，并且由于其厚度，它们可以很容易地集成到其他材料中。

穆迪实验室的这一突破将导致更有效和更可靠地产生单光子，这可用于实际应用中。该团队的工作表明，单光子可以在室温下以适合使用CMOS进行大规模生产的方式产生。