新技術：控制光與物質耦合

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】維爾茨堡大學和倫敦大學的研究人員在室溫下成功地控制了光和物質的耦合。並在科學進展中發表了他們的結果。這一成就特別重要，因為它為實現光子量子技術奠定了基礎。儘管許多光學量子過程的演示需要低溫來保護量子態，但目前的工作將量子過程提升到室溫並引入可控性，這可能有助於量子計算機的發展。當激發的分子或量子點返回其低能基態時，會產生光子（光子）。這個過程被稱為自發發射，並且通常是不可逆的，即發射的光子不會簡單地返回發射體再被吸收。

通過金層中狹窄的狹縫實現的等離子體納米諧振器的藝術表現，在接近量子點（紅色）到狹縫開口時，耦合強度增加。圖片版權：HeikoGro

但是如果發射器與光學諧振器緊密耦合，則發射的光子在發射器附近保持足夠長的時間，這大大增加了重新吸收的可能性。帝國學院的Ortwin Hess教授說：這種自發發射的逆轉對於量子技術和信息處理非常重要，因為它有助於物質和光之間的量子信息交換，同時保持兩者的量子特性。然而這種量子信息的交換通常只能在非常低的溫度下進行，這使得發射器的譜線急劇變化，並且因此增加了吸收的可能性。教授Bert Hecht和Ortwin Hess的團隊在室溫下成功地實現了光和單個量子發射體的強耦合。

為了在室溫下實現光子的重新吸收，研究人員使用了等離子體激元納米諧振器，其形式為薄金層中極窄的狹縫。Hecht教授的同事HeikoGro解釋說：這個諧振器使我們能夠將存儲的光子的電磁能量空間集中在一個比量子點本身更大的區域，結果所存儲的光子被發射器高可能性地重新吸收。儘管其他研究人員已經在類似單分子的系統中實現了類似的想法，但是在當前的研究中，研究人員通過實施一種方法來控制諧振器和量子發射器之間的耦合，使得它們能夠連續地改變耦合，特別是以精確的方式打開和關閉它。該團隊通過將納米諧振器連接到原子力顯微鏡的尖端實現了這一點。

通過這種方式能夠在發射器附近以納米級的精度移動它，在這種情況下是量子點。基於他們的成就，研究人員現在希望能夠控制量子點和諧振器的耦合，不僅可以通過改變它們的距離，還可以通過外部刺激 - 甚至可能通過單光子。這將為光量子計算機帶來前所未有的新可能性。Gro說：這顯然是一個非常有用的特徵，量子點和諧振器之間的能量交換髮生得非常快，這解決了低溫設置的挑戰：在非常低的溫度下，由於諧振器的長存儲時間，光與物質之間的能量振蕩顯著減慢。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Science Advances

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：維爾茨堡大學

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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