博士生Petr Steindl使用單光子創(chuàng)建復(fù)雜的光結(jié)構(gòu)。十幾歲時，他想學(xué)習(xí)捷克詩歌，但最終選擇了量子物理學(xué)。他說：“回想起來，我很高興自己換了一個專業(yè)”。7月5日，他將為關(guān)于量子光學(xué)和量子點(diǎn)系統(tǒng)的論文進(jìn)行答辯。

Steindl說：“簡單地說，量子點(diǎn)是半導(dǎo)體材料的一個小島。因?yàn)樗�只有幾納米的大小，所以它感覺量子效應(yīng)，就像一個原子一樣”。研究人員將這個量子點(diǎn)放置在光學(xué)微腔中，以更有效地操縱它。

Petr Steindl在實(shí)驗(yàn)室中

“你可以把這個空腔想象成兩個面對面的鏡子。激光在它們之間來回反射。量子點(diǎn)不喜歡與光相互作用，但光學(xué)腔使它更有可能，因?yàn)榧す舛啻谓?jīng)過量子點(diǎn)。”

在房子里像磚塊一樣使用單光子

Steindl解釋說：“這種巧妙的裝置可以用來制造單光子。諧振激光將量子點(diǎn)中的一個電子從其基能態(tài)激發(fā)到更高的能級。當(dāng)它回到基態(tài)時，量子點(diǎn)發(fā)出一個光子。微腔方便地將光子指向我們裝置的其余部分。然而，挑戰(zhàn)在于將光子從激光中分離出來。它的波長與激光相同，但偏振度略有不同。你可以利用這個特性來分離光子。在攻讀博士學(xué)位期間，我探索并改進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)。”

獲得單光子只是Steindl研究的第一步。他說：“當(dāng)你擁有高質(zhì)量的單光子(光粒子)時，它就有點(diǎn)像一塊磚。有了磚塊，你可以開始蓋房子了。我的目標(biāo)是結(jié)合單個光子來構(gòu)建復(fù)雜的光結(jié)構(gòu)。例如，我們創(chuàng)建了一個由幾個糾纏光子組成的鏈。糾纏意味著它們是如此緊密地聯(lián)系在一起，以至于你不能再獨(dú)立地描述一個光子。我們想更好地了解這些新的光狀態(tài)�！�

單光子的物理學(xué)

單光子物理是一個相對較新的領(lǐng)域。在20世紀(jì)70年代，物理學(xué)家第一次成功地分離出了光子。然而，這些單光子源還不是非常高效或魯棒。像在光學(xué)微腔中使用量子點(diǎn)這樣的技術(shù)發(fā)展，使得控制單光子的產(chǎn)生變得更加容易。

微腔的另一個好處是光子以高速噴射，確保它更好地保持其狀態(tài)。這就產(chǎn)生了高質(zhì)量的單光子，非常適合施泰因德爾所研究的結(jié)構(gòu)。

量子技術(shù)的優(yōu)勢

斯坦德爾說：“我們的愿景是最終將這些新穎的光結(jié)構(gòu)用于量子通信。我們知道單光子對安全和身份驗(yàn)證很有用。例如，你可以在分束器的不同位置發(fā)送兩個相同的單光子。如果這些光子以改變狀態(tài)到達(dá)，或者不是同時到達(dá)，你就知道有竊聽者�！�

這項(xiàng)研究也可能對建造量子計(jì)算機(jī)有用。其中一個基本組件是量子門，但它們很難制造。對于斯坦德爾所研究的結(jié)構(gòu)，這些是不必要的。

斯坦德爾說：“我發(fā)現(xiàn)建造這些輕型結(jié)構(gòu)完全令人驚訝。有可能做到這一點(diǎn)的事實(shí)令人難以置信。我們能如此深入地理解物理。雖然它很迷人，但對我來說，量子應(yīng)用的潛力幾乎像是一個副作用。從文學(xué)轉(zhuǎn)向量子也許是一大步，但它已經(jīng)足夠令人興奮，我花了好幾年的時間，我還沒有厭倦。”

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