科学家发现全新光学活性量子点机制

新光学活性量子点的机理发现

光学活性半导体量子点是迄今为止已知的最有效的自旋光子界面。虽然已经研究了10年，但科学家们仍然很难将其存储时间延长到几微秒以上。在最新的研究中，来自剑桥大学、林茨大学和谢菲尔德大学的研究人员证明，有一种简单的材料可以解决这个问题，将量子信息的存储提高到100微秒以上。这项研究成果发表在最近的《自然·纳米技术》杂志上。

量子点是由数千个原子组成的晶体结构。这些原子的每个原子核都有一个与量子点电子耦合的磁偶极矩，这可能导致存储在电子量子位中的量子信息丢失。新的研究发现，在由具有相同晶格参数的半导体材料制成的设备中，原子核“感觉”到相同的环境，并且表现一致。结果，这种核噪声可以被滤除，存储时间可以提高近两个数量级。

据研究人员介绍，这是一种新的光学活性量子点机制，其中可以关闭与原子核的相互作用，并反复重新聚焦电子自旋，以保持其量子态的活性。对于量子点中的自旋，相干时间短是其应用的最大障碍，这提供了一个清晰简单的解决方案。

当首次探索100微秒时间尺度时，研究人员惊讶地发现，电子只能看到来自原子核的噪声，而看不到设备中的电噪声。

另一件让研究人员感到惊讶的事情是从细胞核接收到的“声音”。并没有最初预想的那么和谐，通过进一步的材料改进，系统的量子相干性还有进一步提高的空间。

研究人员表示，这项研究最令人兴奋的事情之一是驯服一个复杂的量子系统:10万个原子核与一个控制良好的电子自旋强烈耦合。大多数研究人员通过消除所有相互作用来解决从噪声中分离量子位的问题。他们的量子位变得有点像注射了镇静剂的薛定谔的猫。无论谁拉它的尾巴，它都没有反应。新研究中的“猫”似乎服用了强力兴奋剂。

量子点现在结合了高光子量子效率和长自旋相干时间。在不久的将来，研究人员设想这些设备可以为全光子量子计算创造纠缠光学态，并允许在核自旋系统上进行基本的量子控制实验。

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