用于长距离安全光通信的纳米天线

就像今天的经典计算机技术一样，以简单的1和0的方式存储和传输信息，对于正在研发的量子技术来说是不够的。现在，来自日本的研究人员制造了一种纳米天线，这将有助于使量子信息网络更接近实际应用。

在最新发表在《应用物理快报》（Applied Physics Express）上的一项研究中，大阪大学和合作伙伴的研究人员通过金属纳米结构显著增强了光子到电子的转换，这是在开发用于共享和处理数据的先进技术方面迈出的重要一步。

通过使用表面等离子体天线和激发量子点中的电子，光子对半导体横向量子点的有效照明的概念图。

经典的计算机信息基于简单的开/关读数。使用中继器技术将这些信息进行远距离放大和重传是很容易的。量子信息基于相对更复杂和更安全的读数，例如光子极化和电子自旋。被称为量子点的半导体纳米盒是研究人员提出的用于存储和传输量子信息的材料。然而，量子中继器技术有一些局限性——例如，目前将基于光子的信息转换为基于电子的信息的方法非常低效。克服这种信息转换和传输挑战是大阪大学的研究人员旨在解决的问题。

“目前，在砷化镓量子点（量子通信研究中的常见材料）中将单个光子转换为单个电子的效率太低，”第一作者Rio Fukai解释说。“因此，我们设计了一种纳米天线——由超小的金同心环组成——将光聚焦到单个量子点上，从而从我们的设备中读取电压。”

与不使用纳米天线相比，研究人员将光子吸收提高了9倍。在照亮单个量子点后，大部分光生电子并没有被困在那里，而是积聚在设备中的杂质或其他位置。尽管如此，这些多余的电子给出了一个最小的电压读数，很容易与量子点电子产生的电压读数区分开来，因此不会破坏设备的预期读数。

“理论模拟表明，我们可以将光子吸收提高 25 倍，”资深作者Akira Oiwa说。“改进光源的对准和更精确地制造纳米天线是我们小组正在进行的研究方向。”

这些结果具有重要的应用。研究人员现在已经有办法使用成熟的纳米光子学来推进即将到来的量子通信和信息网络的前景。通过使用纠缠和叠加等抽象物理特性，量子技术可以在未来几十年提供前所未有的信息安全和数据处理。

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