就像今天的經(jīng)典計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣，以簡(jiǎn)單的1和0的方式存儲(chǔ)和傳輸信息，對(duì)于正在研發(fā)的量子技術(shù)來說是不夠的�，F(xiàn)在，來自日本的研究人員制造了一種納米天線，這將有助于使量子信息網(wǎng)絡(luò)更接近實(shí)際應(yīng)用。

在最新發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Express）上的一項(xiàng)研究中，大阪大學(xué)和合作伙伴的研究人員通過金屬納米結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了光子到電子的轉(zhuǎn)換，這是在開發(fā)用于共享和處理數(shù)據(jù)的先進(jìn)技術(shù)方面邁出的重要一步。

通過使用表面等離子體天線和激發(fā)量子點(diǎn)中的電子，光子對(duì)半導(dǎo)體橫向量子點(diǎn)的有效照明的概念圖。

經(jīng)典的計(jì)算機(jī)信息基于簡(jiǎn)單的開/關(guān)讀數(shù)。使用中繼器技術(shù)將這些信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離放大和重傳是很容易的。量子信息基于相對(duì)更復(fù)雜和更安全的讀數(shù)，例如光子極化和電子自旋。被稱為量子點(diǎn)的半導(dǎo)體納米盒是研究人員提出的用于存儲(chǔ)和傳輸量子信息的材料。然而，量子中繼器技術(shù)有一些局限性——例如，目前將基于光子的信息轉(zhuǎn)換為基于電子的信息的方法非常低效�？朔�這種信息轉(zhuǎn)換和傳輸挑戰(zhàn)是大阪大學(xué)的研究人員旨在解決的問題。

“目前，在砷化鎵量子點(diǎn)（量子通信研究中的常見材料）中將單個(gè)光子轉(zhuǎn)換為單個(gè)電子的效率太低，”第一作者Rio Fukai解釋說�！耙虼耍�我們?cè)O(shè)計(jì)了一種納米天線——由超小的金同心環(huán)組成——將光聚焦到單個(gè)量子點(diǎn)上，從而從我們的設(shè)備中讀取電壓�！�

與不使用納米天線相比，研究人員將光子吸收提高了9倍。在照亮單個(gè)量子點(diǎn)后，大部分光生電子并沒有被困在那里，而是積聚在設(shè)備中的雜質(zhì)或其他位置。盡管如此，這些多余的電子給出了一個(gè)最小的電壓讀數(shù)，很容易與量子點(diǎn)電子產(chǎn)生的電壓讀數(shù)區(qū)分開來，因此不會(huì)破壞設(shè)備的預(yù)期讀數(shù)。

“理論模擬表明，我們可以將光子吸收提高 25 倍，”資深作者Akira Oiwa說�！案倪M(jìn)光源的對(duì)準(zhǔn)和更精確地制造納米天線是我們小組正在進(jìn)行的研究方向�！�

這些結(jié)果具有重要的應(yīng)用。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)有辦法使用成熟的納米光子學(xué)來推進(jìn)即將到來的量子通信和信息網(wǎng)絡(luò)的前景。通過使用糾纏和疊加等抽象物理特性，量子技術(shù)可以在未來幾十年提供前所未有的信息安全和數(shù)據(jù)處理。

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