在以量子技術(shù)為基礎(chǔ)的未來中，光勢(shì)會(huì)推動(dòng)飛機(jī)和宇宙飛船的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)將以比現(xiàn)有處理器更快的速度和更高的能源效率解決從化學(xué)到密碼學(xué)的復(fù)雜問題。但是在這個(gè)未來實(shí)現(xiàn)之前，我們需要明亮，按需，可預(yù)測的量子光源。

為此，一隊(duì)美國斯坦福大學(xué)的材料科學(xué)家，物理學(xué)家和工程師，與哈佛大學(xué)和悉尼科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作，一直在調(diào)查六方氮化硼，可發(fā)出明亮的光作為一個(gè)材料單光子 -a光的量子單位。而且它可以在室溫下做到這一點(diǎn)，與替代量子源相比，它更易于使用。

不幸的是，六方氮化硼有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：它以不同色調(diào)的彩虹發(fā)光。斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)副教授詹妮弗·迪恩(Jennifer Dionne)的主要作者，研究生 Fariah Hayee說：“雖然這種發(fā)光很漂亮，但目前無法控制顏色。” “我們想知道多色發(fā)射的來源，其最終目標(biāo)是控制發(fā)射。”

通過采用微觀方法的組合，科學(xué)家能夠追蹤材料的彩色發(fā)射到特定的原子缺陷。由合著者，哈佛大學(xué)計(jì)算材料科學(xué)助理教授Prineha Narang領(lǐng)導(dǎo)的小組還開發(fā)了一種新理論，通過考慮材料中的光，電子和熱相互作用來預(yù)測缺陷的顏色。

論文的共同作者，哈佛大學(xué)NarangLab研究生Christopher Ciccarino說：“我們需要知道這些缺陷如何與環(huán)境耦合，以及是否可以用作識(shí)別和控制它們的指紋。”

研究人員在3月24日的《自然材料》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述了他們的技術(shù)和不同類別的缺陷。

多尺度顯微鏡

識(shí)別導(dǎo)致量子發(fā)射的缺陷有點(diǎn)像在一個(gè)沒有手機(jī)的擁擠城市中尋找朋友。您知道他們?cè)谀抢?，但是您必須掃描整個(gè)城市以找到其確切位置。

通過擴(kuò)展Dionne實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種改良型電子顯微鏡的功能，科學(xué)家們能夠?qū)⒘降鸬木植吭蛹?jí)結(jié)構(gòu)與其獨(dú)特的顏色發(fā)射相匹配。在數(shù)百次實(shí)驗(yàn)過程中，他們用電子和可見光轟擊了這種材料，并記錄了光發(fā)射的模式。他們還研究了六方氮化硼中原子的周期性排列如何影響發(fā)射顏色。

海耶說：“面臨的挑戰(zhàn)是從看似非?；靵y的量子系統(tǒng)中找出結(jié)果。只是一個(gè)測量并不能說明全部情況。” “但是綜合起來，再加上理論，數(shù)據(jù)非常豐富，并且為這種材料中的量子缺陷提供了清晰的分類。”

除了他們對(duì)六方氮化硼中缺陷發(fā)射類型的特定發(fā)現(xiàn)之外，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的收集和分類這些量子光譜的過程本身可能對(duì)一系列量子材料具有變革性。

“材料可以以接近原子級(jí)的精度制造，但我們?nèi)圆煌耆私獠煌脑优帕腥绾斡绊懫涔怆娞匦裕?rdquo;也是熱力學(xué)極限能量前沿研究中心光子學(xué)主任的狄昂(Dionne)說。 PTL-EFRC)。“我們團(tuán)隊(duì)的方法揭示光在原子尺度，途中排放到激動(dòng)人心的量子光學(xué)技術(shù)的主機(jī)。”

學(xué)科的疊加

盡管現(xiàn)在的重點(diǎn)是了解哪些缺陷會(huì)引起某些顏色的量子發(fā)射，但最終的目的是控制其性質(zhì)。例如，該團(tuán)隊(duì)設(shè)想了量子發(fā)射器的戰(zhàn)略布置，以及為將來的量子計(jì)算機(jī)打開和關(guān)閉它們的發(fā)射。

在這一領(lǐng)域的研究需要跨學(xué)科的方法。這項(xiàng)工作匯聚了材料科學(xué)家，物理學(xué)家和電氣工程師，包括實(shí)驗(yàn)家和理論家，包括斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授Tony Heinz和SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的光子科學(xué)教授，以及Jensen Huang全球領(lǐng)導(dǎo)力教授JelenaVu?kovic。工程學(xué)院。

Dionne說：“我們能夠?yàn)閯?chuàng)建具有可控特性(例如顏色，強(qiáng)度和位置)的量子源奠定基礎(chǔ)。” “我們從幾個(gè)不同角度研究這個(gè)問題的能力證明了跨學(xué)科方法的優(yōu)勢(shì)。”