一般范围:单光子源是量子通信和计算框架中的关键组成部分。特别是,它们是由量子物理定律本质上保护的秘密解密密钥所必需的。我们的小组开发了嵌入在自下而上的核心壳ZnSE纳米线(NWS)中的CDSE量子点(QD)的生长和光学研究,所有这些都由分子束外延(MBE)生长。我们已经表明,这些QD能够发射到室温至室温的单个光子。此外,它们在蓝绿色光谱范围内的排放尤其适合自由空间和水下通信。主题:主实习旨在控制这些CDSE/ZNSE NW-QD的增长,以提高其作为单光子发射器的效率。这意味着:(i)优化核壳型纳米线异质结构的生长,以增强发射量子产率,(ii)获得对QD形状和纯度的控制以允许纠缠光子的发射。实习结合了MBE的生长,结构表征(扫描电子显微镜)以及光学表征。它提供了探索广泛的基本物理现象(增长机制,光学特性等)在纳米尺度上,同时为量子通信和量子信息处理领域必不可少的设备的开发做出了贡献。环境与合作:我们的小组“纳米物理学和半导体”是一个联合CEA/CNRS团队,实习生将与我们小组的CEA-IRIG和CNRS-NEEL的研究人员进行紧密互动。必需的技能:纳米科学,材料科学,半导体物理学,对实验和合作工作感兴趣。开始日期:2024年2月或2024年3月:4-5个月实验室:CEA-GRENOBLE/PHELIQS/NPSC:www.pheliqs.fr/pages/npsc/presentation.aspx Contact.aspx联系人:通过电子邮件发送您的申请(包括CV)至:
1 湖南省微纳米能源材料与器件重点实验室、湘潭大学物理与光电子学院,湖南 411105 2 同济大学物理科学与工程学院,上海 200092 3 贵州大学大数据与信息工程学院电子科学系,贵阳 550025 4 纳米科学与技术发展中心,9170124,中央火车站,智利 5 Kipu Quantum,Greifswalderstrasse 226,10405 柏林,德国 6 塞维利亚大学原子、分子和核物理系,41080 塞维利亚,西班牙 7 卡洛斯一世物理技术与计算研究所,18071 格拉纳达,西班牙 8 国际量子人工智能科学与技术中心(QuArtist)和上海大学物理系,200444 上海,中国 9 IKERBASQUE,巴斯克科学基金会,Plaza Euskadi 5, 48009 Bilbao, Spain 10 Departamento de F´ısica, Universidad de Santiago de Chile (USACH), Avenida V´ıctor Jara 3493, 9170124, Estaci´on Central,智利
六方氮化硼 (hBN) 已成为一种有前途的超薄单光子发射器 (SPE) 主体,在室温下具有良好的量子特性,使其成为集成量子光子网络的理想元素。在这些应用中使用这些 SPE 的一个主要挑战是它们的量子效率低。最近的研究报告称,在嵌入金属纳米腔内的多层 hBN 薄片中集成一组发射器(例如硼空位缺陷)时,量子效率可提高两个数量级。然而,这些实验尚未扩展到 SPE,主要集中在多光子效应上。在这里,研究了由在超薄 hBN 薄片中创建的 SPE 与等离子体银纳米立方体 (SNC) 耦合组成的混合纳米光子结构的量子单光子特性。作者展示了 SPE 特性 200% 的等离子体增强,表现为 SPE 荧光的强烈增加。这种增强可以通过严格的数值模拟来解释,其中 hBN 薄片与引起等离子体效应的 SNC 直接接触。在室温下使用紧凑的混合纳米光子平台获得的强而快速的单光子发射对于量子光通信和计算中的各种新兴应用非常有用。
图1。多价逻辑薄膜元素带有加密。(a)蒸发诱导的自组装(EISA)CNC膜上iTO/玻璃基板上。通过精确降低NaCl溶液,CNC的手性螺距通过相对湿度控制(比例尺为1mm)调节。(b)由光子带隙(相对湿度,H和盐浓度,S)和光子能量(波长,W和极化状态,P)触发的生物多值逻辑系统的图形符号,并通过以下转换后的字母字母来解码电信号。(c)基于集成电路的光通信启用了主动手性生物介电层。特定的输入提供了光学通信,并通过在系统中调整H通过加密传输“制造”信号。
基态和电子激发态之间的能隙。在超导基态,电子配对为超导电荷载体,称为库珀对 [3],由于声子发射/吸收引起的弱引力,其结合能为 2 Δ。当超导体吸收能量时(例如来自足够高能量的光子),库珀对会分解为从基态激发出的电子,称为“准粒子”。通常,准粒子激发的超导能隙 Δ 比光子的能量(meV 对 eV)小几个数量级。因此,可见光或近红外波段的单个光子可以产生数百或数千个准粒子激发。计算单光子吸收事件后准粒子激发的数量已被证明是一种成功的检测方法,可用于超导隧道结 (STJ) 和动能电感探测器 (KID)。计算准粒子激发的另一种方法是使用基于微量热计的能量分辨探测器,例如过渡边缘传感器 (TES),它可以用灵敏的温度计测量单光子吸收后的温度变化 [4]。最后,当电流密度超过电流密度的“临界”值 J c 时,超导材料在固定温度下的特性切换已被利用来实现超导
量子点发光二极管(QD-LED)是日常生活中使用的显示设备的例子。作为设备中使用的最新一代发光二极管(LED),量子点发光二极管(QD-LED)具有色域纯正(即颜色可通过尺寸调谐,半峰全宽(FWHM)约为几十纳米)[9]、与高清屏幕、虚拟/增强现实集成度高[4]、量子效率高、发射明亮[9]等特点,具有很好的应用潜力。自然而然,分子作为基本量子体系,启发人们只用一个分子来构造LED的概念,即单分子发光二极管(SM-LED)。它具有更高的原子经济性和集成度、通过精确有机合成可调的色纯度、可控的能带排列、避免分子间荧光猝灭等特点。[9]事实上,我们看到的物理世界就是由分子构成。因此,用单个分子作为显示像素最能体现现实世界,这也是显示器件的终极目标。然而,分子水平上的器件工程一直不是一项简单的任务。这种工程的典型例子是硅基微电子器件的小型化和摩尔定律的延续。[10]为此,通过自下而上的途径制备多功能分子器件是一种很有前途的策略。[11,12]受由单个D–σ–A分子组成的整流器的初始理论提议的推动[13],各种功能性单分子器件,如场效应晶体管[14,15]、整流器[16,17]、开关[18,19]和忆阻器[20],已通过长期优化功能分子中心、电极材料和界面耦合而不断改进。[11,12,21]
近年来,全球量子互联网的发展取得了长足进步。它需要非常多样化的量子平台同时发展,因此在理论和实验上都带来了许多不同的挑战。在本文中,我们通过提出单光子源作为一种重要资源来解决其中的几个任务,该资源提供了许多有价值的解决方案,从有效、无漏洞地违反贝尔不等式(González-Ruiz 等人,2022a)到设备无关量子密钥分发协议的最佳实现(González-Ruiz 等人,2022b)。为此,我们引入了一个详细的分析,模拟源的实际缺陷(Bjerlin 等人,2023;González-Ruiz 等人,2022a),以便获得更深入的理解,使我们能够为不久的将来的实验实施设定更清晰的路线。此外,我们还对 Østfeldt 等人 (2022) 通过放置在手性纳米波导中的量子点双激子级联实验实现的路径纠缠态进行了完整的理论分析 (González-Ruiz et al., 2023),研究了它们在受到多种现实缺陷影响后的纠缠特性。最后,我们提出了一种实验装置,将量子点单光子源产生的光子的典型宽带宽与量子存储器候选物(如高 Q 光机械膜)的带宽相匹配,带宽要窄几个数量级。因此,我们的建议可以有效地存储光子携带的量子比特。
Mohamed Benyoucef, h Yong-Heng Huo, b,c Sven Höfling, f Qiang Zhang, b,c,d Chao-Yang Lu, b,c,i, * 和 Jian-Wei Pan b,c, * a 中国科学技术大学,网络空间安全学院,合肥,中国 b 中国科学技术大学,合肥微尺度物质科学国家实验室,现代物理系,合肥,中国 c 中国科学技术大学,中科院量子信息与量子物理卓越中心,上海,中国 d 济南量子技术研究所,济南,中国 e 中国科学院,上海微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室,上海,中国 f 维尔茨堡大学,技术物理,物理研究所和威廉康拉德伦琴复杂材料系统中心,维尔茨堡,德国 g 奥尔登堡大学,物理研究所,德国奥尔登堡 h 卡塞尔大学纳米结构技术与分析研究所,CINSaT,德国卡塞尔 i 上海纽约大学-华东师范大学物理研究所,中国上海
Bell态是实现量子信息任务的最基本资源,在量子力学中具有非常独特的地位,而利用轨道角动量(OAM)编码单光子Bell态可以实现高维Hilbert空间,这对于量子信息领域至关重要。本文设计了一种基于Sagnac干涉仪的单光子OAM Bell态演化装置,可以将输入Bell态与输出态一一对应。此外,我们还发展了一种单光子单像素成像(SPI)技术来获取输出态的干涉图像,该技术在提高空间分辨率的同时减少了采集时间。结果表明,通过对比干涉图像的差异可以完全识别单光子OAM Bell态,创新性地将SPI技术应用于单光子OAM Bell态的识别。这表明SPI技术有效促进了基于OAM的量子信息研究,而基于OAM的量子信息又为SPI技术提供了明确的应用场景。