美国研发近红外光发射器突破量子领域实际应用

单光子在许多科研领域中发挥着不同的重要角色。除了用作量子计算中的量子位，通过量子密钥分发保护计算机网络之外，单光子还可以应用于生物成像。新开发的量子点发射波长在近红外生物透明窗口内，这使其非常适合于深层组织成像。

我们熟知的红外辐射也是新兴量子技术的主要参与者。这种量子技术主要依赖于光粒子或光子的对偶性，光子或光子也可以表现为光波。利用这种量子特性需要以单个量子或光子形式发射光的“量子光”源。红外辐射提供的点对点传输方式为光源调控提供了完美的途径。

与普通的单光子发射器不同，新型的高度通用量子点在环境条件和室温下可稳定地提供可光谱调谐的单个红外光子流，非常适合作为单光子发射器。这一突破打开了包括量子通信、量子计量、医学成像和诊断以及网络安全等许多其他领域一系列实际应用。

来自美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的研究团队在Nature Nanotechnology上发表了这一研究成果，发现了基于众所周知的CdSe/CdS异质结构的高质量近红外发射器在诸如安全通信的量子密钥分配等领域具有直接的实用性。

基于硫化镉壳中硒化镉的核心，Los Alamos团队通过在核心/外壳界面处插入硫化汞中间层，成功将量子点变成了可以被调谐到特定波长的高效红外光发射器。

“这种新的合成技术可以对发射的硫化汞中间层的厚度进行高度精确的原子级控制。通过以单个原子层为增量进行更改，我们可以在离散的量化跃迁中调整发射光的波长，并进一步进行调整。通过微调硒化镉芯的尺寸以更连续的方式对其进行控制。”论文第一作者Vladimir Sayevich表示。

这些新结构远远优于现有的近红外量子点，在单点水平上显示出“无闪烁”发射，在室温下(产生“量子光”)具有近乎完美的单光子纯度，并且发射速度快。它们在光和电激发下表现都非常好。

“在制造这些点时，要达到单原子层的精度也有很酷的化学元素。”研究成员Zachary Robinson表示，“样品中所有点的发射硫化汞中间层的厚度都是相同的。这是非常独特的，特别是对于在烧杯中化学制备的材料而言。”

通讯作者Klimov补充道：“然而，这只是第一步。为了充分发挥‘量子光’的优势，我们需要实现光子的不可分辨性——即确保所有发射的光子在量子力学上是相同的。这是一项极其艰巨的任务。”