如果一个光场恰好包含 k 个光子,则它处于 k -光子态。由于其高度量子化的特性,光子态在量子通信、计算、计量和模拟方面有着广阔的应用前景。最近,人们对各种光子态的产生和操纵的兴趣日益浓厚。控制工程领域的一个新的重要问题是:如何分析和合成由光子态驱动的量子系统以实现预定的控制性能?在本综述中,我们引入了单光子态,并展示了量子线性系统如何处理单光子输入,以及如何使用线性相干反馈网络来塑造单光子的时间脉冲。我们还介绍了一种单光子滤波器。(本综述的扩展版本可在 arXiv:1902.10961 找到。)
标题:基于超材料的单光子发射器 摘要:能够按需工作(即触发时发射)的单光子发射器对于量子信息处理的实际实施至关重要。对于高效的单光子发射器,需要优化包括量子效率和收集效率在内的整体效率。研究了量子点或纳米粒子等 2 级系统的固态等效物以及纳米金刚石、SiC 等材料中的色心作为嵌入不同宿主的偶极子发射器。为了获得更高的量子效率,必须操纵宿主介质中的光子局部态密度以实现最大 Purcell 因子。进一步的设计需要将光子有效地耦合到远场,通常是空气或光纤。在本次演讲中,我将介绍光子晶体微腔中的偶极子发射器以及超材料,以提高它们在特定方向上的整体发射效率。
鉴于其无与伦比的集成和可扩展潜力,硅很可能成为大规模量子技术的关键平台。由杂质 [ 1 ] 或量子点 [ 2 , 3 ] 形成的单个电子编码人造原子已成为硅基集成量子电路的有前途的解决方案。然而,在如此流行的半导体中,尚未分离出具有远距离信息交换所需的光学接口的单个量子比特 [ 4 ]。这里,我们展示了在植入碳原子的商用绝缘体上硅晶片中单个光学活性点缺陷的隔离。这些人造原子在电信波长下表现出明亮的线性偏振单光子发射,适合在光纤中长距离传播。我们的结果表明,尽管硅的带隙很小(≃ 1.1 eV)先验不利于此类观察 [5],但硅可以容纳在单尺度上可光学隔离的点缺陷,就像宽带隙半导体一样 [6]。这项工作为硅基量子技术开辟了无数前景,从集成量子光子学到量子通信 [7] 和计量。借助微电子行业的巨大成功,硅无疑是部署大规模量子技术的有前途的平台。与单个掺杂剂 [1] 或栅极定义的量子点 [2,3] 相关的硅基电量子比特已经被用于展示可扩展集成量子电路的基本构造块。除了需要在稀释冰箱中操作之外,这些物质量子比特仍然不能远程交换长距离量子信息,因为它们不与光接口。另一方面,电信波长的光子量子比特可以通过概率非线性光学过程在硅内部产生[8]。即使它们适合长距离传播,这些光子也不会与物质量子系统耦合,从而限制了量子比特的实现。
h(t) 可以理解为来自 SAW 最小值的 EL 信号。因此,自相关直方图可以看作是一系列等距函数 J(∆t)=(h∗hmirror)(∆t) 的总和。图 S4(a) 显示了 τ = 0.2 和 w = 0.05 的 h(t) 的示例,而图 S4(b) 显示了镜像 hmirror(t)。它们的卷积 J(∆t) 绘制在图 S4(c) 中。这个单峰可以理解为图 S3 中各个峰的实际形状,这意味着即使这些峰之间存在明显的重叠,也可以单独评估特定峰的贡献。因此,如果已知 SAW 驱动的 EL 的理论函数 J(∆t),就可以更准确地估计来自抑制峰的真实信号,例如图 3(a) 中的抑制峰。从图 3(b) 中平均直方图的拟合结果可以看出,每个峰的形状由 J (∆ t ) 确定,其中 τ = 99.6 ps,w = 33 ps,BG g2 = 2.79。可以假设图 3(a) 中的每个峰具有相同的形状,但由于统计样本方差,其峰幅度不同。这些在 ∆ t = ∆ t (i) 处的峰具有不同的幅度 A g2(i) ,其与 g (2) (∆ t (i) ) 成正比。反映方差的改进自相关函数可以表示为
摘要癌症负责世界上所有死亡原因的12%以上,年死亡率超过700万。在这种情况下,黑色素瘤是在早期发现和治疗中最具侵略性的局限性的。在这个方向上,我们在体内开发,表征和测试了一种基于磁性核心二氧化硅纳米颗粒的新药物输送系统,该系统已掺有dacarbazine并用99 m标记,以纳米模仿剂(nanoradiopharmaceatial and dyanoradiopharmaceatial)(纳米型诊断)和鉴别诊断型和差异型摄像机和墨兰氏症将其用作纳米成像剂和墨兰氏症。结果表明,磁核氧化二氧化硅具有有效的(> 98%),掺有dacarbazine,并有效地用99mtc(Technetium 99 M)(> 99%)标记了。使用带有黑色素瘤的感应小鼠的体内测试证明了磁性核心氧化二氧化硅纳米颗粒的EPR效应,掺有dacarbazine,并在肿瘤内注射technetium 99,并且可能被用作系统注射。在这两种情况下,磁性核心二氧化硅纳米颗粒都掺有dacarbazine并用technetium 99的标记标记,这表明是黑色素瘤的可靠,有效的纳米成像剂。
获得纳米级光发射器的响应均匀性对于它们在传感和成像剂以及发光二极管 (LED)、激光器等中的光子源中的应用至关重要。在低维纳米发射器(包括胶体和外延量子点 1、2、2D 过渡金属二硫属化物 3 – 6、六方氮化硼 7 和单壁碳纳米管 (SWCNT) 8 – 12 )作为量子计量和量子信息处理 13 的单光子源的新兴角色的背景下,需要对允许的发射能量变化进行更严格的限制,最终目标是实现光子不可区分性。在这些用于量子发射的多样化材料平台中,SWCNT 提供了多种优势,这些优势源于能够通过化学操控控制光发射特性。由于 SWCNT 发射能量对特定纳米管结构(用手性指数 (n,m) 表示,图1)14 具有很强的依赖性,因此其发射能量具有广泛的可调性。对非共价结合包裹剂(如表面活性剂、聚合物和 DNA)表面结构的化学控制为高产率、高纯度分离特定 SWCNT 结构提供了高效途径,从而对发射特性具有显著的选择性 15 。这种表面化学还提供了一种控制周围环境以优化光致发光的途径。最近通过低水平共价功能化引入光致发光缺陷态扩展了 SWCNT 发射行为,为发射特性提供了额外的合成可调性并赋予了量子发射功能,同时也充当了光谱多样性的来源。
单光子是大多数量子光学技术的基本元素。理想的单光子源是一种按需、确定性的单光子源,以明确定义的偏振和时空模式提供光脉冲,并且只包含一个光子。此外,对于许多应用而言,如果单光子在所有自由度上都无法区分,则具有量子优势。目前使用的是基于参数下转换的单光子源,虽然在许多方面都很出色,但扩展到大型量子光学系统仍然具有挑战性。2000 年,半导体量子点被证明可以发射单光子,为集成单光子源开辟了道路。在这里,我们回顾了过去几年取得的进展,并讨论了剩余的挑战。最新的基于量子点的单光子源正在接近理想的单光子源,并为量子技术开辟了新的可能性。
图 1 | 单层 WSe 2 中的窄谱线。a ,沉积有 WSe 2 单层的器件示意图。b ,56 µ m × 56 µ m 范围内 1.525eV 至 1.734eV 能量范围内光致发光强度的等高线图。白色虚线标记了潜在的单层区域。c ,4.5K 时 WSe 2 单层中局部发射极的光致发光光谱,随着激光功率的增加,显示出不同的发射行为,主要峰位于 1.7167eV (P1) 和 1.7206eV (P2)。d ,P1 和 P2 的提取线宽,绘制为激发功率的函数。低激发功率的光谱显示 P1 和 P2 的分辨率受限线宽。e,P1 和 P2 的光子发射积分计数随着
图 1 | 单层 WSe 2 中的窄谱线。a,沉积有 WSe 2 单层的器件示意图。b,56 µ m × 56 µ m 面积上 1.525eV 至 1.734eV 能量范围内光致发光强度的等值线图。白色虚线标记了潜在的单层区域。c,4.5K 时 WSe 2 单层中局部发射极的光致发光光谱,随着激光功率的增加,显示出不同的发射行为,主要峰位于 1.7167eV(P1)和 1.7206eV(P2)。d,P1 和 P2 的提取线宽,以激发功率为函数绘制。低激发功率的光谱显示 P1 和 P2 的线宽分辨率有限。e,随着激光功率的增加,P1 和 P2 的光子发射积分计数显示出超线性和亚线性行为
图 1 | 单层 WSe 2 中的窄谱线。a,沉积有 WSe 2 单层的器件示意图。b,56 µ m × 56 µ m 面积上 1.525eV 至 1.734eV 能量范围内光致发光强度的等值线图。白色虚线标记了潜在的单层区域。c,4.5K 时 WSe 2 单层中局部发射极的光致发光光谱,随着激光功率的增加,显示出不同的发射行为,主要峰位于 1.7167eV(P1)和 1.7206eV(P2)。d,P1 和 P2 的提取线宽,以激发功率为函数绘制。低激发功率的光谱显示 P1 和 P2 的线宽分辨率有限。e,随着激光功率的增加,P1 和 P2 的光子发射积分计数显示出超线性和亚线性行为