由巴伦西亚大学材料科学研究所（ICMUV）领导的一个国际团队开发出了一种光学量子开关，可以改变光子的发射特性，光子是电磁辐射的粒子。这种新器件具有超快的开关时间和非常低的能耗，与其他设计相比，它可以在各种半导体平台上实现，在当前量子技术中具有很大的应用价值，其研究成果已发表在《通信物理》期刊上，报告了这种光子开关的设计、建造、实验测量和模拟。

工作原理是基于纳米结构半导体量子限制技术，这是一种纳米级能够吸收和发射光的小结构。这些材料的光学性质被称为量子点，类似于孤立原子的光学性质，其光发射发生光子对光子的发射。它们对于发展量子技术非常有趣，因为孤立的光子或成对的光子，可以用来重现重叠或纠缠的条件。目前，这一领域的科技挑战之一是开发能够用光子进行操作逻辑门和光学电路，从而在量子描述下对信息进行传输和修改。

因此，需要能够单独影响光子发射的工具和材质。在所有这些装置中，那些利用光操纵和控制光子的装置非常有趣，因为可以建造链式系统，或者它们可以代表能源消耗的大幅减少，全光设备就是这种情况。这项研究的主要想法是与佛罗伦萨大学和欧洲非线性光谱实验室的研究人员马西莫·古里奥利合作产生。在此基础上，根据照明激光器的功率和颜色研究了砷化铟(InAs)量子点中电荷的积累和饱和过程。

新器件的突出特性之一是，在临时开关旁边，如果使用两个不同的激光器，则可以添加发射光子的颜色（波长）切换。这种特性能让科学家们考虑按波长复用光子的设备（组合传输介质中的两个或多个信息通道），使得光子每种颜色都与这些通道中的一个相关联。最后，器件运行的物理原理可以通过许多其他量子限制纳米结构来实现，所以这种新的设计代表了一种可以在各种半导体平台上实现的通用方案。

研究包括巴伦西亚大学材料科学研究所（ICMUV）的光电材料和器件部门(UMDO)，该部门由应用物理和电磁系教授胡安·P·马丁内斯·帕斯特(Juan P.Martínez Pastor)领导。该装置的主要材料是由意大利CNR研究员Luca Saravalli的团队制造，而其操作的模拟是通过与澳大利亚ARC工程量子系统(EQUS)的Mattias Johnsson和Thomas Volz合作进行，Guillermo Muñoz在过去三年中一直在EQUS担任高级研究员。

单半导体量子点已被广泛用于演示高纯单光子的确定性发射。这些纳米结构的单光子发射性能已经变得非常可控，研究提供了高水平的光子不可分辨和亮度。最终，量子技术将需要开发一套设备来操纵和控制光子的状态。新研究测量并模拟了一种新颖的全光路径来切换单个半导体量子点中激子跃迁发出的单光子流。采用双非共振激励泵浦方案设计了一种具有GHz速度、高差值对比度、超低功耗和高单光子纯度的开关器件。

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博科园｜研究/来自：Asociacion RUVID

参考期刊《通信物理》

DOI: 10.1038/s42005-020-0292-8

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