近日，博士 候选人 Petr Steindl 使用单光子创建复杂的光结构。十几岁的时候，他想学习捷克诗歌，但最终决定学习量子物理学。“回想起来，我很高兴我换了领域，”他说。7 月 5 日，他将进行有关量子光学和量子点系统的论文答辩。
“简单来说，量子点是一个半导体材料的小岛，”斯坦德尔说。“因为它的尺寸只有几纳米，所以它能感受到量子效应，就像原子一样。” 研究人员将这个量子点放置在光学微腔中，以更有效地操纵它。
“你可以把这个空腔想象成两个面对面的镜子。激光在它们之间来回反射。量子点不喜欢与光相互作用，但光学空腔使它更容易与光相互作用，因为激光多次通过量子点。”
像房子里的砖一样使用单光子
斯坦德尔解释说，这种巧妙的装置可用于产生单光子。“谐振激光将量子点中的电子从基能态激发到更高的能态。当它回落到基态时，量子点会发射一个光子。微腔方便地将这个光子引导到我们装置的其余部分。然而，挑战是将这个光子从激光中分离出来。它与激光具有相同的波长，但偏振略有不同。您可以利用该特性来分离光子。在我的博士学位期间，我探索并改进了这项技术。”
获得单光子只是斯坦德尔研究的第一步。“当你拥有高质量的单光子（光粒子）时，它有点像一块砖头，”他说。“有了砖块，你就可以开始建造一座房子了。我的目标是结合单个光子来建造复杂的光结构。例如，我们创建了一个由几个纠缠光子组成的链。纠缠意味着它们连接得如此紧密，以至于你无法“不再独立地描述一个光子。我们希望更好地理解这些新的光状态。”
单光子物理学
单光子物理学是一个相对较新的领域。20 世纪 70 年代，物理学家首次成功分离出光子。然而，这些单光子源还不是非常有效或稳健。在光学微腔中使用量子点等技术发展使得控制单光子的产生变得更加容易。
微腔的另一个好处是光子以高速喷射，确保其更好地保持其状态。这会产生高质量的单光子，非常适合 Steindl 所研究的结构。
量子技术的好处
斯坦德尔说，我们的愿景是最终将这些新颖的光结构用于量子通信。“我们知道单光子对于安全和身份验证很有用。例如，您可以从分束器上的不同位置发送两个相同的单光子。如果这些光子以改变的状态或不同时到达，您就知道有窃听者。 ”
这项研究也可能对构建量子计算机有用。一个基本组件是量子门，但它们很难制造。对于 Steindl 所研究的结构来说，这些都是不必要的。
“我发现建造这些轻型结构真是太棒了，”斯坦德尔说。“事实上，能够做到这一点令人难以置信。我们可以如此深入地理解物理学。虽然这很令人着迷，但量子应用的潜力对我来说几乎像是一个副作用。从文学到量子也许是一大步，但花了几年时间研究它已经足够令人兴奋了，而且我还没有厌倦。”
