麻省理工大学研发出钙钛矿量子点单光子源

目前，全球的科研人员都在探索以量子物理为基础的实用计算和通信技术，单光子源具有恒定、可预测和稳定的特性，被认为具有巨大的应用前景。麻省理工大学和瑞士苏黎世联邦理工大学的研究人员表示，他们在单光子源研究方面迈出了重要的一步。

该研究团队使用钙钛矿材料制造量子点单光子源，研究内容发表在《Science》杂志上。论文作者包括麻省理工大学研究生院化学系学生Hendrik Utzat、教授Moungi Bawendi以及9位麻省理工和苏黎世联邦理工大学的学生。

由于光子之间的量子特性难以区分，所以产生确定（波长、颜色）和稳定（不受环境影响产生波动）的单光子是量子点单光子源至关重要的能力。例如，它可以改变其中一个光子的相位，然后与其他光子相互作用产生干涉。

Utzat解释到：“单光子的干涉是光学量子信息技术的基础，但只有当单光子之间具有相干性的情况下，干涉才会发生，这意味着它们的量子态需要保持足够长的时间。”许多研究人员都在试图制造出能够发射相干光子的单光子源，但是都有着自身的局限性。这些单光子源的材料将会随机的改变光子的特性，从而破坏光子相干性。Utzat说：“找到能够保持一致性、稳定性的发射材料是“核心挑战”。这是因为不仅周围环境，甚至材料本身都会产生一个波动的场，它随机与量子态粒子相互作用，从而影响粒子的相干性。”

Bawend说:“单光子源产生的光子不具有相干性，就不会产生任何量子效应，这是光量子信息的基础。”另一种利用光子相干性的量子效应是纠缠，在纠缠状态下，两个光子的性质表现的完全一致，它们共享所有的性质属性。

在之前，化学胶体量子点材料的相干时间非常的短，但是研究团队发现，利用钙钛矿（钙钛矿是由其晶体结构定义的一类材料）制造量子点，其产生的相干性比之前的材料好上千倍。这些钙钛矿胶体量子点的相干性已经接近既定的发射水平。研究人员发现，钙钛矿在受到激光的激发后能够很快的发射出光子。这一优点可能是量子计算的一个关键性质，并且它与周围环境的相互作用非常小，提升了其相干性和稳定性。

Bawendi说：“利用相干光子的纠缠特性可以实现对量子通信的加密，这是一种能够识别拦截且绝对安全的通信方法。”目前，研究团队的下一步工作是要优化和改进这些特性，使其具有扩展性和实用性。首先，它们需要在产生的光子中实现100%的不可分辨。到目前为止，它们已经达到了20%，Utzat说:“这是非常显著的进步，已经可以与其他材料（已经建立了系统且使用了很长时间的材料）相媲美了。”

Bawendi说：“钙钛矿量子点想要实际应用还有很长的路要走，但这是一种可能与器件集成的新型材料，我们目前的研究非常基础，还需要大量的工作才能达到实际应用的水平。然而，这是朝着开发新材料平台迈出的一大步。”