【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】维尔茨堡大学和伦敦大学的研究人员在室温下成功地控制了光和物质的耦合。并在科学进展中发表了他们的结果。这一成就特别重要，因为它为实现光子量子技术奠定了基础。尽管许多光学量子过程的演示需要低温来保护量子态，但目前的工作将量子过程提升到室温并引入可控性，这可能有助于量子计算机的发展。当激发的分子或量子点返回其低能基态时，会产生光子（光子）。这个过程被称为自发发射，并且通常是不可逆的，即发射的光子不会简单地返回发射体再被吸收。
通过金层中狭窄的狭缝实现的等离子体纳米谐振器的艺术表现，在接近量子点（红色）到狭缝开口时，耦合强度增加。图片版权：HeikoGro
但是如果发射器与光学谐振器紧密耦合，则发射的光子在发射器附近保持足够长的时间，这大大增加了重新吸收的可能性。帝国学院的Ortwin Hess教授说：这种自发发射的逆转对于量子技术和信息处理非常重要，因为它有助于物质和光之间的量子信息交换，同时保持两者的量子特性。然而这种量子信息的交换通常只能在非常低的温度下进行，这使得发射器的谱线急剧变化，并且因此增加了吸收的可能性。教授Bert Hecht和Ortwin Hess的团队在室温下成功地实现了光和单个量子发射体的强耦合。
为了在室温下实现光子的重新吸收，研究人员使用了等离子体激元纳米谐振器，其形式为薄金层中极窄的狭缝。Hecht教授的同事HeikoGro解释说：这个谐振器使我们能够将存储的光子的电磁能量空间集中在一个比量子点本身更大的区域，结果所存储的光子被发射器高可能性地重新吸收。尽管其他研究人员已经在类似单分子的系统中实现了类似的想法，但是在当前的研究中，研究人员通过实施一种方法来控制谐振器和量子发射器之间的耦合，使得它们能够连续地改变耦合，特别是以精确的方式打开和关闭它。该团队通过将纳米谐振器连接到原子力显微镜的尖端实现了这一点。
通过这种方式能够在发射器附近以纳米级的精度移动它，在这种情况下是量子点。基于他们的成就，研究人员现在希望能够控制量子点和谐振器的耦合，不仅可以通过改变它们的距离，还可以通过外部刺激 - 甚至可能通过单光子。这将为光量子计算机带来前所未有的新可能性。Gro说：这显然是一个非常有用的特征，量子点和谐振器之间的能量交换发生得非常快，这解决了低温设置的挑战：在非常低的温度下，由于谐振器的长存储时间，光与物质之间的能量振荡显着减慢。
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参考：Science Advances
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：维尔茨堡大学
编译：光量子
审校：博科园
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传播：博科园
