日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所日前報告，該所科學(xué)家參加的一個研究小組，在世界上首次利用鉆石發(fā)光二極管在室溫下穩(wěn)定生成單一光子，這將推動量子密碼通信和量子計算機(jī)相關(guān)技術(shù)。
公報說，該所高級工程師山崎聰和大阪大學(xué)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(fù)合體作為發(fā)光中心，在室溫下穩(wěn)定生成了單一光子，解決了制約單一光子源實(shí)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(shù)，近年來世界許多國家和企業(yè)都在研究。實(shí)現(xiàn)量子密碼通信必需有穩(wěn)定的單一光子源，能在需要的時候簡單、精確地發(fā)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(diǎn)或有機(jī)分子，但它們在室溫下很不穩(wěn)定，需要用極低溫來冷卻，而且必須用激光激發(fā)，增加了能源消耗和成本。
在這項(xiàng)研究中，科研人員用無雜質(zhì)的高品質(zhì)人造鉆石做發(fā)光層（ｉ層），在中間埋入發(fā)光中心，這個發(fā)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(zhì)的鉆石不能導(dǎo)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(gòu)造的元件。
經(jīng)光子相關(guān)光譜法等精密方法測試，只要讓電流流經(jīng)該元件的發(fā)光層，發(fā)光中心就能穩(wěn)定產(chǎn)生單一光子，證實(shí)了該元件能在室溫下作為單一光子源工作。這為研發(fā)節(jié)能、低成本的量子密碼通信技術(shù)開辟了道路。另外，發(fā)光中心還具備優(yōu)秀的自旋性能，有可能作為量子計算機(jī)的元件使用。
這項(xiàng)研究的成果已在最新的《自然·光子學(xué)》網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表。(新華網(wǎng))