單一光子可在室溫下穩定生成

日本產業技術綜合研究所日前報告，該所科學家參加的一個研究小組，在世界上首次利用鉆石發光二極管在室溫下穩定生成單一光子，這將推進量子密碼通信和量子計算機相關技術。

公報披露，該所高級工程師山崎聰和大阪大學副教授水落憲和等研究人員以人造鉆石為原料，在其中埋入由碳原子空穴和氮原子組成的復合體作為發光中心，在室溫下穩定生成了單一光子，解決了制約單一光子源實用化的能源和成本瓶頸。

量子密碼通信理論上無法竊聽，是一種理想的通信技術，近年來世界許多國家和企業都在研究。實現量子密碼通信必需有穩定的單一光子源，能在需要的時候簡單、精確地發出一個個載有信息的光子。迄今為止，單一光子源多采用量子點或有機分子，但它們在室溫下很不穩定，需要用極低溫來冷卻，而且必須用激光激發，增加了能源消耗和成本。

在這項研究中，科研人員用無雜質的高品質人造鉆石作發光層(i層)，在中間埋入發光中心，這個發光中心由一個除去碳原子的空穴和一個氮原子組成。但是沒有雜質的鉆石不能導電，科研人員又制作了添加磷的N層和添加硼的P層，將i層夾在中間，形成擁有P-i-N構造的元件。

經光子相關光譜法等精密方法測試，只要讓電流流經該元件的發光層，發光中心就能穩定產生單一光子，證實了該元件能在室溫下作為單一光子源工作，這為研發節能、低成本的量子密碼通信技術開辟了道路。另外，發光中心還具備優秀的自旋性能，有可能作為量子計算機的元件使用。