单光子发射器向量子技术迈进了一步

　　通过自组装的GaN / AlN量子点发射单光子。图片来源：J. Stachurski（EPFL）
　　为了更接近量子技术，我们需要开发非经典光源，这些光源可以一次发射一个光子，并且可以按需发射。EPFL的科学家现在已经设计了一种可以在室温下工作的＂单光子发射器＂，并且基于在具有成本效益的硅衬底上生长的量子点。
　　开发能够按需发射一个光子的非经典光源是量子技术的主要要求之一。但是，尽管这种＂单光子发射器＂（SPE）的首次演示可以追溯到1970年代，但它们的低可靠性和效率一直阻碍了任何有意义的实际使用。
　　白炽灯泡或LED等传统光源一次发射一束光子。换句话说，它们一次发射单个光子的概率非常低。激光源可以发射单光子流，但不能按需发射，这意味着，有时，当我们想要它们发射时，不会发射任何光子。
　　因此，SPE的主要优点是它们可以同时做到这两点：发射单个光子并按需发射 - 或者，用更专业的术语来说，它们可以在超快的时间范围内保持其单光子纯度。因此，要使光源符合SPE的资格，它必须具有高于50%的单光子纯度;当然，越接近100%，我们就越接近理想的SPE。
　　由Nicolas Grandjean教授领导的EPFL的研究人员现在已经开发出基于在具有成本效益的硅衬底上生长的宽带隙半导体量子点的＂明亮而纯净＂的SPE。
　　量子点由氮化镓和氮化铝（GaN / AlN）制成，在低温下具有95%的单光子纯度，同时在较高温度下也保持出色的良好回弹性，室温下的纯度为83%。
　　SPE还显示高达1 MHz的光子发射率，同时保持单光子纯度超过50%。＂由于GaN / AlN量子点的独特电子特性，这种亮度可以达到室温，由于与竞争的相邻电子激发的光谱重叠有限，它保留了单光子纯度，＂研究这些量子系统的博士生Stachurski说。
　　＂GaN / AlN量子点的一个非常吸引人的特点是它们属于III氮化物半导体家族，即固态照明革命（蓝色和白色LED）背后的产品，其重要性得到了2014年诺贝尔物理学奖的认可，＂研究人员说。＂就消费市场而言，它是继芯片之后的第二个半导体系列，主导着微电子行业。因此，III-氮化物受益于坚实而成熟的技术平台，这使得它们对量子应用的开发具有很高的潜在兴趣。
　　未来的一个重要步骤将是看看这个平台是否可以发射一个光子，每个激光脉冲只能发射一个光子，这是确定其效率的基本先决条件。
　　＂由于我们的电子激发表现出短至20亿到30亿分之一秒的室温寿命，因此可以达到几十MHz的单光子速率，＂作者说。＂结合共振激光激发，已知可以显着提高单光子纯度，我们的量子点平台可能有兴趣实现基于真正SPE的室温量子密钥分发，而不是当前使用衰减激光源运行的商业系统。
　　该研究发表在《 光：科学与应用》上 。