麻省理工学院的研究人员利用了一种的新颖材料证明这些材料的纳米颗粒可以发射单个相同的光子流，目前该材料被广泛研究用于新型太阳能光伏发电。研究人员表示，虽然这项工作目前只是对这些材料功能的基本发现，但是它最终可能为新型光学量子计算机以及可能的用于通信的量子隐形传态设备铺平道路。这项研究成果由麻省理工学院化学教授Moungi Bawendi、研究生Alexander Kaplan和其他六个人共同完成并已经发表在《Nature Photonics》杂志上。
显微镜图像显示了钙钛矿纳米晶体的尺寸均匀性
大多数量子计算的概念都使用超冷原子或单个电子的自旋作为量子位，这些位是构成此类设备的基础。但是大约二十年前，一些研究人员提出了使用光而不是物理对象作为基本量子位单元的想法。除了其他优点外，这将消除利用复杂且昂贵的设备来控制量子位以及输入和提取数据的需要。相反，只需要普通的镜子和光学探测器就足够了。Kaplan解释说：“通过这些类似量子位的光子，如果你已经适当地准备好光子，只需‘家用’线性光学器件，你就可以建造一台量子计算机。”这些光子的准备是关键。每个光子必须精确匹配之前的光子的量子特性，以此类推。一旦实现完美匹配，“也就实现了真正重大的范式转变，即从需要非常奇特的光学器件、非常昂贵的设备，转变为只需要简单的设备和需要特别的是光自身。”然后，Bawendi解释说，他们利用这些彼此相同且无法区分的单光子，并让它们相互作用。这种不可区分性至关重要：如果你有两个光子，“它们的一切都是一样的，你不能说第一和第二，然后就无法以这种方式跟踪它们，这就是允许它们以某些非经典方式相互作用的原因。”
Kaplan说：“如果我们想让光子具有这种非常特殊的属性，即在能量、偏振、空间模式、时间以及所有我们可以用量子力学编码的东西上有很好的定义，我们需要样品源在量子力学上也有非常清晰地定义。”他们最终使用的样品源是一种铅卤钙钛矿纳米颗粒。因为铅卤钙钛矿薄膜比当今标准的硅基光伏材料更轻，更容易加工，因此它们作为潜在的下一代光伏材料而受到广泛的关注。在纳米颗粒形式下，铅卤钙钛矿以其极快的低温辐射速率而著名，这使其与其他胶体半导体纳米颗粒区分开来。光发射速度越快，输出具有明确定义的波函数的可能性就越大。因此，快速的辐射速率使铅卤钙钛矿纳米颗粒独特地能够发射量子光束。
为了测试他们产生的光子是否真的具有这种无法区分的特性，标准测试是检测两个光子之间的特定干涉，称为Hong-Ou-Mandel干涉。Kaplan说，这种现象对许多基于量子的技术至关重要，因此证明其存在"已成为确认光子源可用于这些目的的标志。"据他称，很少有材料能够发出符合这项测试的光。“它们基本上能够用一只手列出。” 虽然他们的新光源尚不完美，只有大约一半的情况下能产生HOM干涉，但其他源在实现可扩展性方面存在重大问题。Kaplan说：“其他光源之所以相干是因为它们是用最纯净的材料制造的，而且是一个一个原子逐个制造的。因此，它们的可扩展性和再现性非常差”。
相比之下，钙钛矿纳米颗粒是在溶液中制成的，然后简单地沉积在基底材料上。Kaplan说：“我们基本上只是将它们旋转到一个表面上，在这种情况下只是一个普通的玻璃表面，我们发现它们表现出了以前只在最严格的制备条件下才能看到的行为。”因此，尽管这些材料可能还不完美，Kaplan说：“它们的可扩展性非常好，我们可以制造很多。而且它们目前还没有进行充分的优化。我们可以将它们集成到设备中，并且可以进一步改进它们，在现阶段，这项工作是一项非常有趣的基本发现，展示了这些材料的能力，这项工作的重要性在于，希望它能够鼓励人们研究如何在各种设备架构中进一步增强这些功能。”此外，Bawendi补充道，通过将这些发射体集成到称为光学腔的反射系统
