一种新型低密度半导体量子点发射单光子速率提升3倍

由巴西坎皮纳斯州立大学科学家领衔的国际团队，研制出一种新型低密度半导体量子点，其发射单光子的速度较传统方法提升3倍，有望助推量子通信和光子量子计算等技术进一步发展。相关研究成果发表于新一期《纳米快报》。

量子点是一种纳米级半导体结构，因能捕获电子和空穴，被称为“人造原子”。在外加电场或光照下，它会发出特定频率的光，是现代量子技术中不可或缺的单光子源。

实验装置

然而，传统方法制备的量子点往往分布密集、结构不规则，不但电子噪声明显，还限制了光子发射速率。

为解决这一难题，研究团队打造了一种“手术刀”级的制备技术——局部液滴蚀刻法。他们先在晶体表面用微小金属液滴“雕琢”出纳米孔洞，再用仅1纳米厚的砷化铟镓材料进行填充，最终形成几乎无缺陷、具备优异光学性能的新型量子点。

这种量子点，光子从激发态“落回”基态并发出光子的平均时间（辐射寿命）为300皮秒，单光子发射速率提升了3倍，为高速量子逻辑操作安装上“加速键”。

更妙的是，这种量子点的空间密度极低，每平方微米仅0.2至0.3个，易于逐个操控，避免了彼此间的干扰。此外，通过调控铟的比例，其发光波长可覆盖780至900纳米，恰好落在集成光子学的“黄金窗口”内。波长越长，传输损耗越小，为实现芯片级量子互联铺平了道路。同时，这一波段也与为传统量子点开发的光学技术兼容。

这类量子点还天然具备产生偏振纠缠光子的潜力，其精细结构分裂值已达到同类材料的顶尖水准，有望在量子加密与量子网络等领域大显身手。

团队表示，低密度、高对称、快发光、长波长，这四大优势集于一身，让新型量子点有望成为集成量子光子学领域的“明日之星”。