科技日報記者 劉霞
由巴西坎皮納斯州立大學科學家領銜的國際團隊，研制出一種新型低密度半導體量子點，其發射單光子的速度較傳統方法提升3倍，有望助推量子通信和光子量子計算等技術進一步發展。相關研究成果發表于新一期《納米快報》。
量子點是一種納米級半導體結構，因能捕獲電子和空穴，被稱為“人造原子”。在外加電場或光照下，它會發出特定頻率的光，是現代量子技術中不可或缺的單光子源。
然而，傳統方法制備的量子點往往分布密集、結構不規則，不但電子噪聲明顯，還限制了光子發射速率。
為解決這一難題，研究團隊打造了一種“手術刀”級的制備技術——局部液滴蝕刻法。他們先在晶體表面用微小金屬液滴“雕琢”出納米孔洞，再用僅1納米厚的砷化銦鎵材料進行填充，最終形成幾乎無缺陷、具備優異光學性能的新型量子點。
這種量子點，光子從激發態“落回”基態并發出光子的平均時間（輻射壽命）為300皮秒，單光子發射速率提升了3倍，為高速量子邏輯操作安裝上“加速鍵”。
更妙的是，這種量子點的空間密度極低，每平方微米僅0.2至0.3個，易于逐個操控，避免了彼此間的干擾。此外，通過調控銦的比例，其發光波長可覆蓋780至900納米，恰好落在集成光子學的“黃金窗口”內。波長越長，傳輸損耗越小，為實現芯片級量子互聯鋪平了道路。同時，這一波段也與為傳統量子點開發的光學技術兼容。
這類量子點還天然具備產生偏振糾纏光子的潛力，其精細結構分裂值已達到同類材料的頂尖水準，有望在量子加密與量子網絡等領域大顯身手。
團隊表示，低密度、高對稱、快發光、長波長，這四大優勢集于一身，讓新型量子點有望成為集成量子光子學領域的“明日之星”。
