單光子在許多科研領(lǐng)域中發(fā)揮著不同的重要角色。除了用作量子計(jì)算中的量子位，通過量子密鑰分發(fā)保護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之外，單光子還可以應(yīng)用于生物成像。新開發(fā)的量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)在近紅外生物透明窗口內(nèi)，這使其非常適合于深層組織成像。

我們熟知的紅外輻射也是新興量子技術(shù)的主要參與者。這種量子技術(shù)主要依賴于光粒子或光子的對(duì)偶性，光子或光子也可以表現(xiàn)為光波。利用這種量子特性需要以單個(gè)量子或光子形式發(fā)射光的“量子光”源。紅外輻射提供的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式為光源調(diào)控提供了完美的途徑。

與普通的單光子發(fā)射器不同，新型的高度通用量子點(diǎn)在環(huán)境條件和室溫下可穩(wěn)定地提供可光譜調(diào)諧的單個(gè)紅外光子流，非常適合作為單光子發(fā)射器。這一突破打開了包括量子通信、量子計(jì)量、醫(yī)學(xué)成像和診斷以及網(wǎng)絡(luò)安全等許多其他領(lǐng)域一系列實(shí)際應(yīng)用。

來自美國(guó)洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在Nature Nanotechnology上發(fā)表了這一研究成果，發(fā)現(xiàn)了基于眾所周知的CdSe/CdS異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量近紅外發(fā)射器在諸如安全通信的量子密鑰分配等領(lǐng)域具有直接的實(shí)用性。

基于硫化鎘殼中硒化鎘的核心，Los Alamos團(tuán)隊(duì)通過在核心/外殼界面處插入硫化汞中間層，成功將量子點(diǎn)變成了可以被調(diào)諧到特定波長(zhǎng)的高效紅外光發(fā)射器。

“這種新的合成技術(shù)可以對(duì)發(fā)射的硫化汞中間層的厚度進(jìn)行高度精確的原子級(jí)控制。通過以單個(gè)原子層為增量進(jìn)行更改，我們可以在離散的量化躍遷中調(diào)整發(fā)射光的波長(zhǎng)，并進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。通過微調(diào)硒化鎘芯的尺寸以更連續(xù)的方式對(duì)其進(jìn)行控制。”論文第一作者Vladimir Sayevich表示。

這些新結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的近紅外量子點(diǎn)，在單點(diǎn)水平上顯示出“無(wú)閃爍”發(fā)射，在室溫下（產(chǎn)生“量子光”）具有近乎完美的單光子純度，并且發(fā)射速度快。它們?cè)诠夂碗娂ぐl(fā)下表現(xiàn)都非常好。

“在制造這些點(diǎn)時(shí)，要達(dá)到單原子層的精度也有很酷的化學(xué)元素。”研究成員Zachary Robinson表示，“樣品中所有點(diǎn)的發(fā)射硫化汞中間層的厚度都是相同的。這是非常獨(dú)特的，特別是對(duì)于在燒杯中化學(xué)制備的材料而言。”

通訊作者Klimov補(bǔ)充道：“然而，這只是第一步。為了充分發(fā)揮‘量子光’的優(yōu)勢(shì)，我們需要實(shí)現(xiàn)光子的不可分辨性——即確保所有發(fā)射的光子在量子力學(xué)上是相同的。這是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)。”