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可實現高速光電通訊 美研究人員取得量子研究突破

上網時間: 2007年10月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:量子  光電耦合  光電通訊 

美國哈佛大學(Harvard University)的研究人員透過量子侷限(quantum confinement)來連結光波與電子,所創造的光電耦合(electro-optical coupling)敏感性足以對單一光子(Photon)產生反應。研究人員表示,此技術可用來實現光電通訊單晶片以及高速的量子運算。

這種帶有表面電漿子(surface plasmons,即一種化合光電通訊信號載體)的類電晶體(transistor-like),能在量子層級連結光與電。其表面電漿子是由沿著一維奈米線波導(one-dimensional nanowire waveguide,與奈米線中的電子協同的光波)的光線量子侷限所產生。藉由其光電特性的耦合,研究人員指出,表面電漿子將可實現高密度光電通訊單晶片,以及高速的量子運算(quantum computations)。

「表面電漿子是一種沿著金屬奈米線表面傳播的光線,它會與金屬奈米線的電子耦合,產生一些非常特殊的特性和工作模式。」哈佛大學Mikhail Lukin教授實驗室的博士候選人Darrick Chang表示。

通常一個活躍的量子點(quantum dot)會往四面八方發光,而哈佛的研究人員透過控制接近奈米線波導的量子點位置,來安排發光量子點的光線輸出路線。在光纖中,光線在內部流動,但其表面電漿子會流到金屬線的外部,而且與金屬線中電子耦合。表面電漿子一半是光學屬性的,一半是電子屬性的,可用來在未來的光電晶片內部,進行量子資訊的光學編碼(optically-coded)。

「透過定位臨近奈米線的量子點,研究人員發現,它們沿著奈米線釋放幾乎全部的輸出,奈米線就像一種超級透鏡,把能量沿著其表面集中。」Chang表示。與無法與其所傳輸的光線波長更細的光波導不同,奈米線可以將橫斷方向的光線限制在任何次波長(sub-wavelength)尺寸之下。

透過生產夠細的奈米線,研究人員期望能展示能對單光子產生反應的量子點-奈米線耦合敏感度。單光子能儲存量子位元(quantum-bits,又稱q-bits),不過很難製造、檢測或進行加工。透過採用表面電漿子來與其進行溝通與處理,將可簡化未來量子電腦的架構。

(參考原文:Quantum dot coupled to a nanowire)

(R. Colin Johnson)




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