控制光和物质的耦合

来自维尔茨堡和伦敦的研究人员为纳米光学领域奠定了基础：他们成功控制了室温下光与物质的耦合。

像Science Advances这样的期刊出版通常预示着一项特别激动人心的创新。现在，来自德国的Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)和英国伦敦帝国理工学院的物理学家报告了室温下光与物质的受控耦合。

这一成就特别重要，因为它为实现实用的光子量子技术奠定了基础。事实上，虽然许多光学量子过程的演示需要低温来保护量子态，但目前的工作将量子过程提升到室温并引入可控性 - 量子技术的重要元素，如量子计算机，这在一定程度上“用光计算“并且可以想象比现有计算机强大许多倍。

发射的光子被捕获并重新吸收

当例如离开的分子或量子点返回其低能量基态时，产生光粒子(光子)。该过程通常被称为自发发射并且通常是不可逆的，即发射的光子不会简单地返回到发射器以再次被吸收。

但是如果发射器紧密耦合到诸如光的存储元件之类的东西，即所谓的光学谐振器，则发射的光子在发射器附近保持足够长的时间，从而显着增加其被重新吸收的机会。“这种自发发射的逆转对于量子技术和信息处理来说至关重要，尤其是因为它有助于在物质和光之间交换量子信息，同时保留两者的量子特性，”帝国理工学院的Ortwin Hess教授说。

这是等离子体纳米谐振器的展示时间

然而，这种量子信息的交换通常仅在非常低的温度下才有可能，这使得发射器的光谱线在光谱上非常尖锐并因此增加了吸收的可能性。Bert Hecht和Ortwin Hess教授的团队现在已经成为世界上开创性的团体之一，他们在室温下成功实现了光和单量子发射体(量子点)的强耦合状态。

为了在室温下实现光子的再吸收，研究人员使用了等离子体纳米谐振器，它在薄金层中具有极窄的狭缝形状。“这种谐振器使我们能够将存储光子的电磁能量空间集中到一个不大于量子点本身的区域，”Hecht教授的同事HeikoGroß解释道。结果，存储的光子被发射器高概率地重新吸收。

精确控制发射器和谐振器之间的耦合

虽然其他研究人员已经在单分子系统中实施了类似的想法，但在现在发表的工作中，来自伦敦和维尔茨堡的研究人员通过实施一种方法来控制谐振器和量子发射器之间的耦合。连续地改变联轴器，特别是以精确的方式打开和关闭联轴器。该团队通过将纳米谐振器连接到原子力显微镜的尖端来实现这一目标。通过这种方式，它们能够在发射器附近以纳米精度移动它 - 在这种情况下是量子点。

发射器和谐振器之间的超快能量交换

基于他们的成就，研究人员现在希望能够可控地操纵量子点和谐振器的耦合，不仅通过改变它们的距离而且通过外部刺激 - 甚至可能通过单个光子。这将在实现光学量子计算机的挑战性路径中产生前所未有的新可能性。

“这显然是一个最有用的特征，量子点和谐振器之间的能量交换发生得非常快，”Groß说。这解决了低温设置的挑战：在非常低的温度下，光和物质之间的能量振荡由于谐振器的长存储时间而显着减慢。