一个有效的光-物质界面，可能构成量子通信的基础。然而，在生长过程中形成的某些结构会干扰信号。某些半导体结构，即所谓的量子点，可能构成量子通讯的基础，它们是物质和光之间的有效接口，由量子点发射的光子(光粒子)可以远距离传输信息。
然而，在制造量子点的过程中，结构是默认形成的，这会干扰通信。巴塞尔大学、鲁尔-波鸿大学和福尔森斯琴特姆-朱利奇科学家，现在已经成功地消除了这些干扰，其研究成果发表在《通信物理学》上。
能够远距离传输信息的光粒子
如果研究人员锁定一个电子和一个电子空穴，在一个电子应该存在的位置，在一个狭窄的空间内带正电，电子和电子空穴一起形成激发态。当它们重新结合时，激发态消失，产生光子。波鸿大学应用固态物理学主席阿恩·路德维希博士说：这种光子可能可以作为远距离量子通信的信息载体。
量子点是在半导体材料砷化铟中产生的，研究人员在砷化镓衬底上生长这种材料。在这个过程中，一个光滑的砷化铟层在，只有一个半原子层的厚度下形成，这就是所谓的浸润层。随后，研究人员制造了直径为30纳米、高度为几纳米的小岛，这些是量子点。
来自浸润层的干涉光子
在第一步中必须沉积的浸润层会引起问题，因为它也含有被激发的电子空穴，电子空穴会衰变并可能释放光子。在润湿层中，这些状态比量子点更容易衰变。然而，在这个过程中产生的光子不能用于量子通信，相反，它们会在系统中产生静态噪声。
波鸿大学应用固态物理系主任Andreas Wieck解释说：浸润层覆盖了整个表面，而量子点只覆盖了半导体芯片的千分之一，这就是为什么干涉光大约比量子点发出的光强1000倍。浸润层以略高于量子点的频率和强度辐射光子。就好像量子点发出的是腔体音高A，而浸润层发出的是比腔体音高高1000倍的B。
附加层消除干扰
通过只激发所需的能量状态来忽略这些干扰，然而，如果量子点被用作量子应用的信息单位，那么用更多的电子给它们充电可能是理想的。但在这种情况下，浸润层的能量水平也会同样激发。研究小组现在通过在浸润层的量子点之上，增加一层砷化铝层来消除这种干扰。因此，润湿层中的能量状态被移除，这反过来又降低了电子和电子空穴重新组合并发射光子的可能性。
博科园｜研究/来自：鲁尔-波鸿大学
参考期刊《通信物理》
DOI: 10.1038/s42005-019-0194-9
博科园｜科学、科技、科研、科普
关注【博科园】看更多大美宇宙科学哦
