新型金属蛋白为量子发射的先进控制指明了方向
发布时间：2023-08-09 00:00:00 阅读数： 93
通过金属膜任意操纵量子发射。用于任意塑造二维六方氮化硼量子发射的多功能金属膜艺术图。资料来源：eLight
量子发射是实现光子量子技术的关键。固态单光子发射器（SPE），如六方氮化硼（hBN）缺陷，可在室温下工作。它们因其坚固性和亮度而备受青睐。
从 SPE 收集光子的传统方法依赖于高数值孔径（NA）物镜或微结构天线。虽然光子收集效率很高，但这些工具无法操控量子发射。要对发射的量子光源进行任何所需的结构化处理，都需要多个笨重的光学元件，如偏振片和相位板。
在发表于《eLight》的一篇新论文中，由莫纳什大学的 Chi Li 博士和 Haoran Ren 博士领导的国际科学家团队开发出了一种新型多功能金属膜，用于构造 SPE 的量子发射。
以不同空间形式任意转换光束的能力对于量子光源来说至关重要。元表面改变了光子设计的格局。它带来了从光学成像和全息摄影到激光雷达和分子传感的重大技术进步。
最近，人们设计了将纳米级发射器直接集成到纳米结构谐振器和元表面中的方法，以收集和演示对 SPE 发射的基本定制。这些初步演示表明，有必要采用平面光学技术来推进量子发射操纵。
研究团队通过设计和制造一种多功能金属膜来解决这一问题。韩国物理学家 Jaehyuck Jang 博士、Trevon Badloe 博士和浦项科技大学的 Junsuk Rho 教授制造出了这种新型金属膜。它可以同时调整方向性、极化和轨道角动量（OAM）自由度。他们利用 metalens 演示了如何在室温下对氢化硼中的 SPE 进行多维结构化量子发射。
研究小组展示了量子发射方向性的任意塑造。他们还证明，可以在金属膜轮廓上添加不同的螺旋波面，从而在 SPE 的正交偏振中产生独特的 OAM 模式。这项突破性的实验工作由 Igor Aharonovich 教授领导的悉尼科技大学和 TMOS（澳大利亚研究理事会卓越中心）完成。
所展示的多自由度量子发射任意波前整形技术可以充分释放固态SPE的潜力，将其用作先进量子光子应用的高维量子源。
该团队的新技术提供了一个新平台，利用超薄元光学器件在室温下对多自由度量子发射进行任意波前整形。它可能为量子信息科学领域提供新的见解。研究小组认为，操纵光子偏振可以通过改进滤波对量子密码学和纠缠分发产生重大影响。偏振分离对于未来利用氢化硼 SPE 生成偏振纠缠光子对至关重要。
未来金属膜的扩展可实现高维单光子混合量子态的产生。未来，将结构化 SPE 源与可靠的传输环境（如光纤）相结合，将有望实现信息容量更大、抗噪声能力更强和安全性更高的量子网络。
参考资料
Chi Li et al, Arbitrarily structured quantum emission with a multifunctional metalens, eLight (2023). DOI: 10.1186/s43593-023-00052-4
