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美国开发出新的室温单光子源
2018-10-19


[据物理学组织网站20181016日报道] 黑客可以攻击很多东西,包括社交媒体账户和政府文件。量子通信利用光子信息加密,取代了之前可破解的代码,它的出现可以在很大程度上防止文件被黑客攻击。



目前,量子通信的问题在于单光子可以携带多少安全的信息量,也就是“保密比特率”。美国普渡大学开发出一种新技术,可以将保密比特率提高100倍,每秒超过3500万个光子。



普渡大学电子和计算机工程系博士后研究员Simeon Bogdanov说,“增加比特率不仅可以帮助我们每秒发送一句话,还可以帮助我们发送极其安全的较大信息量,比如兆字节大小的文件。”



最终,高比特率可以帮助我们实现超安全的“量子互联网”,也就是称为“波导”的信道网络。它可以在所有能处理量子信息的设备、芯片、不同场所、政党间传输单光子。



Bogdanov说,“根据物理定律,不管黑客的计算能力如何,他们只要干扰这些量子通信的信道就都会被发现。因为,在量子水平上,光和物质对干扰十分敏感。”



该成果于7月份首次在线发表,并于201888日刊入纳米快报的印刷版。



使用光来发送信息是一种概率游戏:传输一位信息可能需要多次尝试。光源每秒产生的光子越多,信息成功传输率就越高。



Bogdanov说,“光源每秒可能产生大量光子,但实际上只有少数光子可用于传输信息,这极大地限制了量子通信的速度。”



为了实现更快的量子通信,普渡大学研究人员改进了激光束光脉冲在晶格“缺陷”或局部扰动中激发电子的方式,然后控制这种缺陷一次只发射一个光子。



研究人员通过制备新光源加速了这些过程,新光源包含一个10纳米大小的金刚石,金刚石与银立方体、银薄膜构成三明治结构。在纳米金刚石内部,他们发现了一个缺陷,该缺陷是由一个碳原子被氮原子取代,缺失的相邻碳原子留下一个空位形成。氮和缺失的原子一起在金刚石中形成所谓的“氮空位中心”,其中电子绕氮空位中心旋转。



将金属天线与该缺陷耦合通过“等离子体”,促进光子与氮空位中心中轨道电子的相互作用。氮空位中心一次吸收和发射一个等离子体,纳米金属天线将等离子体转换成光子,通过这样,用于量子通信的光子产生速率显著增加。



电气与计算机工程杰出教授说:“我们已经在室温下展示了最亮的单光子光源。通常,具有相当亮度的光源只能在非常低的温度下工作,这对于我们在室温下使用计算机芯片是不切实际的。”



接下来,研究人员将把该系统用于片上电路。这将意味着将等离子体天线与波导连接,使得光子可以被引导至芯片的不同部分而不是在所有方向上都有辐射。(工业和信息化部电子第一研究所  
许文琪)



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