科研: 量子光源的制造工艺

用氦离子轰击产生的薄硫化钼层中的缺陷可以用作量子技术的纳米光源。

在慕尼黑工业大学开发出了一种量子光源制造工艺,可借此实现纳米级精确定位 — 这是光子集成电路和量子计算机的先决条件。

光子集成电路被视为现有电路的后继者。其基础是与量子光纤和量子探测器相连的量子光源。由慕尼黑工业大学物理学家 Alexander Holleitner 和 Jonathan Finley 领导的一个国际团队成功地在原子级薄材料层中生产出这种量子光源,并成功实现纳米级精确定位。

该研究的第一作者 Julian Klein 认为应用潜力出现在量子计算机的开发方面。光源的精确定位是将光源耦合到光子电路的第一个重要步骤。在诸如金刚石或硅等传统三维材料中,也存在有源量子光源,但是它们不能精确地定位。

半导体作为起始材料

物理学家现在使用一层半导体二硫化钼 (MoS2) 作为起始材料,它只有一个原子层厚。他们用氦离子束照射它,它将氦离子束聚焦在小于 1 纳米的区域中。为了产生光学活性缺陷,即所需的量子光源,会有针对性地地从该层中释放出钼或硫原子。缺陷是激子的陷阱,然后它发射所需的光子。

下一步:复杂的光源

该团队与慕尼黑工业大学的理论家、Max Planck 学会以及不来梅大学一起开发了一个模型,从理论上描述观察到的缺陷的能量状态。在下一步中,将探索更复杂的光源(例如在激子的横向二维晶格结构中),以研究多体现象或特殊材料特性。

量子传感器、晶体管和安全加密

不仅可以在理论上取得进展,而且在可能的技术发展方面也是如此。由于光源总是以材料中的相同缺陷为基础,因此它们原则上是不可区分的。由此可以实现基于量子力学关联原理的应用。“人们可以非常优雅地将我们的量子光源集成到光子电路中”Klein说,“由于灵敏度高,所以可以例如为智能手机构建量子传感器,并为数据传输开发极其安全的加密技术。”