纳米带揭示了量子技术的潜在光源

蒙大拿州立大学与哥伦比亚大学和本田研究所合作进行的实验导致了一种新型量子材料中单光子的发射，这一壮举可能会导致用于量子技术的可控光源的开发

《自然通讯》杂志发表了一篇关于这一突破的综合文章。它描述了一种超小的二维带状材料，厚度为一个原子，宽度为几十个原子，大约比人类头发的宽度窄一千倍

纳米带由本田研究所生长，在哥伦比亚开发的专门表面上拉伸以刺激光子发射，然后由密歇根州立大学团队操纵和测试，该团队分析和描述了纳米带的特性，包括它们发射单光子的能力

“当哥伦比亚大学和HRI团队联系我们时，我们非常热衷于研究新系统，”密歇根州立大学文理学院物理系副教授、密歇根州立大学MonArk NSF量子铸造厂副主任Nicholas Borys说。“这些首次实验表明，哥伦比亚团队设计的材料的微观区域能够发射单光子，为进一步开发该系统做出了更大的努力。”

MonArk NSF量子铸造厂是密歇根州立大学和阿肯色大学之间的合作伙伴关系。它为科学家提供了先进的制造和测量工具，用于研究量子技术的二维材料。这些工具使研究人员能够快速处理新材料，测量其性能和行为，并在模型量子器件中测试其性能

由原子堆叠层组成的三维材料表现出各种特性，如导热性和导电性，或者在这种情况下，一次发射单个光子的能力。二维材料是单层原子，保留了它们在3D形式中表现出的行为，但由于它们原子薄，因此具有增强的性能

尽管已知一次发射单光子的能力发生在大片2D材料中，但Borys说，项目团队的观察是第一次证明它也发生在这些更小的带状结构中

HRI高级首席科学家Avetik Harutyunyan说：“我们的技术为合成具有精确宽度控制的量子纳米带提供了一条新途径，利用它们作为单光子光源的独特机械和电子特性来实现称为量子通信的安全通信。”。他们说，这种流可用于在选定的发射机和接收机之间创建和分发加密信息。他们补充说，这些通信将是安全的，因为任何窃听通信的企图都会干扰接收器调节的量子态，从而引入可以立即检测到的错误

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展

Samuel Wyss是最近发表的论文的合著者，也是研究二维材料纳米级操纵的两名密歇根州立大学博士生之一，他说这些纳米带不同于迄今为止研究的任何其他材料

Wyss说：“研究2D半导体中的基础物理学和这些相互作用将使我们能够为新的电子设备和看不见和未想到的应用设计这些材料。”

Borys说，合作始于大约两年半前，当时哥伦比亚大学和HRI要求MonArk对本田从钼和钨中生长出来的2D材料的新带状结构进行光学测试。在哥伦比亚大学团队提供的结构上拉伸材料后，密歇根州立大学的科学家研究了在接近绝对零度的超低温下，带状物中的皱纹如何与光相互作用

Borys说，对HRI纳米带的研究产生了关于二维材料的宝贵信息，他将其描述为“我们研究过的二维材料中可能质量最高的”。他说，该团队将继续测试它们的基本量子极限

“丝带有可能进一步缩小，”他说。“通过研究这些纳米带结构，我们将获得很多关于用2D材料产生单光子的见解。”MonArk团队还将探索如何克服与在工业中使用这些材料相关的挑战。由于单光子的发射速度快且不可预测，Borys说，该团队将研究是否有可能使用电池等电源作为光子激活开关。MonArk还在测试纳米带在实际量子技术平台中的性能

Borys认为本田研究所的李旭帆和哥伦比亚大学的舒克是此次合作成功的关键

“与本田研究所的团队合作非常丰富和令人兴奋，”他说。“他们非常有动力看到科学发现迅速转化为可用的技术。对于参与该项目的学生来说，这是一次很好的经历，首批成果对量子技术来说是令人兴奋的。”