来自量子点的纠缠光子对的发射示意图。由Sascha Kolatschek供图

数十年间人们已经知道光子纠缠在量子计算和通信中的应用潜力。阻碍其现实应用的难题在于许多光子纠缠平台不能在电信行业的通信波段范围内运行。

一个国际研究团队已经开始解开纠缠光子的奥秘，展示了一种新的纳米尺度上的技术，它使用半导体量子点将光波长转换成当今所使用的标准C波段波长。 他们本周在“Applied Physics Letters”上发表了其研究成果。

“我们已经首次证明了1550纳米量子点的偏振纠缠光子的发射，”斯图加特大学半导体光学与功能接口研究所的资深科学家Simone Luca Portalupi说， “现在我们已经可以在现有的通信波段范围内实现长距离的量子通信。”

研究人员使用了由砷化铟和砷化镓平台创建的量子点，产生纯单光子和纠缠光子。与参量下转换技术不同，量子点允许光子一次只能发射一个，并且这是量子计算的关键特性。分布式布拉格反射器由多层材料制成，并在宽光谱范围发生反射，然后将光子定向到显微镜物镜，从而可以收集和测量光子。

研究人员和行业领导者发现，C波段（特定范围的红外波长）已经成为电信领域的最佳通信波段。这个范围内光波通过光纤和大气后的吸收最少，使其成为长距离信号传输的理想选择。

“电信C波段通信窗口对信号传输具有绝对的最小吸收。”该文章的另外一个作者Fabian Olbrich说，“随着科学家的努力，工业技术的改进，科学家们获得了更多的发现，所以现在我们才有一个标准的、稳定工作的、色散低的通信效果。”

然而，源自量子点的大多数纠缠光子操作在900纳米附近，更靠近我们人眼可见的波段。

Olbrich说，研究人员对信号质量印象十分深刻。将量子点偏振纠缠光子的发射波长向C波段转移，以增加激发电子的精细结构分裂（FSS），当纠缠生成时精细结构分裂量应该接近于零。Olbrich的团队报告说，他们团队的FSS实验结果不到其他文献研究的五分之一。

Olbrich说：“我们的具体研究中能够发现以高保真度发射偏振纠缠光子量子点的机率是相当高的。”

随着每一个实验的成功，量子通信界正在看到该领域在今天的电信通信行业中更具适用性。研究人员希望有一天，纠缠光子会应用于加密和安全的卫星通信。

Olbrich说：“现在的困难在于该系统的所有优点和实现的先决条件的结合，这些先决条件包括：高光子不可区分性、高温操作、增加光子流量以及提高耦合效率等。”

来源：https://phys.org/news/2017-09-wavelengths-entangled-photons-telecommunications.html

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