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博士候选人Petr Steindl使用单光子创建复杂的光结构。十几岁时,他想学习捷克诗歌,但最终选择了量子物理学。他说:“回想起来,我很高兴自己换了一个专业”。7月5日,他将为关于量子光学和量子点系统的论文进行答辩。 Steindl说:“简单地说,量子点是半导体材料的一个小岛。因为它只有几纳米的大小,所以它感觉量子效应,就像一个原子一样”。研究人员将这个量子点放置在光学微腔中,以更有效地操纵它。
Petr Steindl在实验室中 “你可以把这个空腔想象成两个面对面的镜子。激光在它们之间来回反射。量子点不喜欢与光相互作用,但光学腔使它更有可能,因为激光多次经过量子点。” 在房子里像砖块一样使用单光子
Steindl解释说:“这种巧妙的装置可以用来制造单光子。谐振激光将量子点中的一个电子从其基能态激发到更高的能级。当它回到基态时,量子点发出一个光子。微腔方便地将光子指向我们装置的其余部分。然而,挑战在于将光子从激光中分离出来。它的波长与激光相同,但偏振度略有不同。你可以利用这个特性来分离光子。在攻读博士学位期间,我探索并改进了这项技术。”
获得单光子只是Steindl研究的第一步。他说:“当你拥有高质量的单光子(光粒子)时,它就有点像一块砖。有了砖块,你可以开始盖房子了。我的目标是结合单个光子来构建复杂的光结构。例如,我们创建了一个由几个纠缠光子组成的链。纠缠意味着它们是如此紧密地联系在一起,以至于你不能再独立地描述一个光子。我们想更好地了解这些新的光状态。” 单光子的物理学 单光子物理是一个相对较新的领域。在20世纪70年代,物理学家第一次成功地分离出了光子。然而,这些单光子源还不是非常高效或鲁棒。像在光学微腔中使用量子点这样的技术发展,使得控制单光子的产生变得更加容易。
微腔的另一个好处是光子以高速喷射,确保它更好地保持其状态。这就产生了高质量的单光子,非常适合施泰因德尔所研究的结构。
量子技术的优势 斯坦德尔说:“我们的愿景是最终将这些新颖的光结构用于量子通信。我们知道单光子对安全和身份验证很有用。例如,你可以在分束器的不同位置发送两个相同的单光子。如果这些光子以改变状态到达,或者不是同时到达,你就知道有窃听者。” 这项研究也可能对建造量子计算机有用。其中一个基本组件是量子门,但它们很难制造。对于斯坦德尔所研究的结构,这些是不必要的。 斯坦德尔说:“我发现建造这些轻型结构完全令人惊讶。有可能做到这一点的事实令人难以置信。我们能如此深入地理解物理。虽然它很迷人,但对我来说,量子应用的潜力几乎像是一个副作用。从文学转向量子也许是一大步,但它已经足够令人兴奋,我花了好几年的时间,我还没有厌倦。
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