量子網路迎來新希望！糾纏態發光二極體首次在通信窗內成功運作

04-21

研究者們展示了一種新的量子發光二極體，它是首個能夠發出波長約為 1550 納米的單光子和糾纏態光子對的設備，而此波長正位於標準通信窗的範圍內。

人們認為，對於未來量子網路、遠距離量子通信系統、量子密碼設備等應用來說，工作在此波長的單光子源是至關重要的因素。

來自東芝歐洲研究院、謝菲爾德大學和劍橋大學包括 Tina Müller 在內的研究者們發表了一篇關於最新量子光源的文章，刊登在了最近一期的《自然通訊》（Nature Communications）上。

圖丨量子點發光二極體的加工階段及其掃描電子顯微鏡圖像

Müller 表示：「這是史上首次量子設備能夠達到最新量子密鑰分發和量子通信系統的基本要求。」

長期以來，能夠在通信窗內發射單光子和糾纏態光子對都是量子光學領域的研究目標。儘管已經存在一些能夠發射單光子源和糾纏態光子對的光源（如單個原子和金剛石色心），它們卻因為波長太短而無法應用到量子網路中。

在這項新研究中，研究者們使用磷化銦製作了發光量子點設備，這是一種用來發射波長為 1550 納米的量子點激光的材料。為了使其能夠發射出 1550 納米波長的單光子和糾纏態光子對，研究者們使用了一種被稱為「金屬有機蒸汽外延」的生長方法來「生長」出單個的磷化銦量子點顆粒，這些顆粒最終形成了量子發光二極體的基礎部分。

這種新型量子發光二極體的另一個優點是他們能夠在 93 開爾文（-200.15℃）的溫度條件下工作，這個溫度比其他量子光源的工作溫度高得多。較高的工作溫度能夠讓量子發光二極體更容易與其他設備集成，研究者們認為加以修改之後，量子發光二極體的工作溫度還能更高。

研究者們預測，未來這種發光二極體會對包括量子互聯網在內的量子網路技術產生巨大的影響。舉一個例子來說，這種設備可以與量子繼電器和量子中繼器集成來增加量子網路的範圍。研究者們認為，通過與射頻電子集成，這種量子光源將可以在脈衝的模式下工作。對當前的量子發光二極體進行改進以實現這些應用，正是研究者們下一步的工作。

Müller 表示，會進一步優化量子發光二極體的尺寸和性能，使其能夠應用到遠距離的量子通信系統中。