未來的量子電腦需要可靠的持續編碼單光子源陣列,許多研究人員認為它將來自量子點。然而,日本筑波大學(University of Tsukuba)的研究人員認為,摻雜砷化鎵(GaAs)半導體比量子點更能可靠地提供幾乎相同編碼的單光子源。

筑波大學教授池沢道男(Michio Ikezawa)在研究論文中表示,「我們所展示的研究成果採用了帶雜質的三五族(III-V)化合物半導體,可說是朝向未來的量子資訊處理邁出了重要的一步。」主題為「由GaAs:N發光中心發射的兩光子之量子干擾」(Quantum interference of two photons emitted from a luminescence center in GaAs:N)的研究論文發表於美國物理學會(AIP)的《應用物理快報》(Applied Physics Letters)期刊中,其他研究作者還包括Liao Zhang、Yoshiki Sakuma與Yasuaki Masumoton。

20170413_Quantum_NT02P1 無差異性與Δ。圖中紅點由測量雙光子干擾(TPI)取得。黑色虛線顯示T1和T2的VTPI估計值(來源:AIP)

如研究論文標題所示,研究人員將III-V化合物GaAs摻雜氮(N)。研究人員表示,他們更能有效地提供單光子源陣列,以及每個光子所發射的波形封包重疊(幾近完美搭配能量、空間、時間與極化)

筑波大學的研究人員與日本國立材料科學研究所合作,摻雜GaAs與氮雜質,使其成為具有一致編碼的單光子發射器陣列。發射的新穎機制稱為等電子阱。根據研究人員指出,由於摻雜GaAs材料均勻,其等電子阱比量子點更容易產生匹配的單光子發射器陣列。量子編碼單光子具有非常長的一致時間,以便作為引導,而且也是未來量子電腦的另一個要求。

在摻雜氮的GaAs中利用「洪-歐-孟德爾效應」(Hong–Ou–Mandel effect),讓兩個相同的光子形成50:50的光子束分光器,由於每個輸入埠都有一個分光器,顯示彼此採用相同的編碼,從而產生能夠準確測量頻寬、路徑長度與時間的干涉儀。

研究人員聲稱,這項實驗是首次測試證實從III-V半導體中可發射相同的光子,而且比量子點更具有高品質與更長的時間一致性。

接下來,研究人員打算找到一種得以抑制在實驗中出現高速弛豫機制的方法,從而提高光子發射陣列的不可區分性。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Quantum Photons Emitted,by R. Colin Johnson)