科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)單光子波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院(NIST)近日表示,科學(xué)家首次將量子源(半導(dǎo)體量子點(diǎn))產(chǎn)出的波長(zhǎng)為1300 納米的近紅外單光子轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為710納米的近可見(jiàn)光光子。這種單光子波長(zhǎng)(或顏色)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)有望幫助開(kāi)發(fā)出擁有量子通信、量子計(jì)算和量子計(jì)量的混合型量子系統(tǒng)。
量子信息處理的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)分別是數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)光子量子狀態(tài)編碼后的傳輸,以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在理想的情況下,人們希望獲得既能產(chǎn)出光子又能存儲(chǔ)光子的良好裝置。然而,實(shí)際操作中人們卻面臨著挑戰(zhàn),因?yàn)榈湫偷牧孔哟鎯?chǔ)器適合于吸收和存儲(chǔ)近可見(jiàn)光光子,與此同時(shí)傳輸系統(tǒng)則更適合傳輸近紅外光子,原因是近紅外光子在光纖中傳輸信號(hào)損耗小。 為滿足上述兩種相互沖突的需求,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院的研究小組將光纖耦合單光子發(fā)生源與增頻單光子探測(cè)器相結(jié)合。增頻探測(cè)器采用強(qiáng)泵浦激光器和特殊非線性晶體可將低頻(長(zhǎng)波)光子轉(zhuǎn)換成高頻(短波)光子,同時(shí)還具備高效和高靈敏度特點(diǎn)。 研究人員卡迪克·司林尼瓦森表示,量子點(diǎn)能夠作為一個(gè)實(shí)際的單光子產(chǎn)生源,每次激發(fā)出一個(gè)量子點(diǎn),產(chǎn)生一個(gè)單光子以釋放能量。過(guò)去,人們沒(méi)有能力控制光子的波長(zhǎng),但是現(xiàn)在卻能夠根據(jù)需要產(chǎn)生單色單光子,并利用光纖將其長(zhǎng)距離傳輸,然后改變它的頻率(或波長(zhǎng))。 研究人員湯曉和馬利君(音譯)認(rèn)為,改變光子的波長(zhǎng)使得探測(cè)更為方便。目前商品化的近紅外單光子探測(cè)器存在著信號(hào)噪聲大的問(wèn)題,而近可見(jiàn)光單光子探測(cè)器則相當(dāng)成熟且性能高。在研究小組發(fā)表的文章中,他們還介紹了光子波長(zhǎng)改變后探測(cè)靈敏度提高的情況。 |