據(jù)英國謝菲爾德大學(xué)官網(wǎng)近日報(bào)道，該校研究人員解決了量子物理中的一個(gè)關(guān)鍵性難題，開發(fā)出了一種生成極快單光子光脈沖的方法，有助于提供全面安全的數(shù)據(jù)傳輸。

過去幾十年來，使用光沿著光纖傳輸數(shù)據(jù)變得日益普遍，但目前每個(gè)脈沖含有數(shù)百萬個(gè)光子，這意味著，原則上某些光子可以在不被察覺的情況下被攔截或竊聽。雖然經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)相對安全，但如果“竊聽者”能攔截含有這些編碼細(xì)節(jié)的信號(hào)，那么，從理論上來講，他們就可以訪問并解碼剩余的信息。

單光子脈沖提供了全面的安全性，因?yàn)槿魏胃`聽行為都將被立即探測到，因此，科學(xué)家一直試圖快速生成單光子脈沖，讓其能以足夠快的速度傳輸大量數(shù)據(jù)。

在最新研究中，謝菲爾德大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用一種被稱為“珀塞爾效應(yīng)”(Purcell effect)的現(xiàn)象，來快速地生成光子。他們將納米晶體量子點(diǎn)放置到位于更大型晶體(半導(dǎo)體芯片)內(nèi)的腔體中，然后用激光轟擊這些量子點(diǎn)，量子點(diǎn)會(huì)吸收能量，這種能量以光子的形式發(fā)射出來。

將納米晶體放置到非常小的腔體中會(huì)使激光在腔體壁內(nèi)部到處反射，如此一來，通過珀塞爾效應(yīng)會(huì)加速光子的生成。但這一方法存在一個(gè)問題：攜帶數(shù)據(jù)信息的光子很容易與激光混淆。研究人員通過將腔體內(nèi)蹦出的光子和進(jìn)入芯片的光子分離開，以區(qū)分這兩種不同類型的脈沖，從而解決了這一問題。

最終，團(tuán)隊(duì)成功地制造出比沒有采用珀塞爾效應(yīng)的方法快50倍的光子發(fā)射率。盡管這并非迄今開發(fā)出的最快的光子光脈沖，但它生成的所有光子都相同，這對許多量子計(jì)算應(yīng)用來說非常必要。

該校光學(xué)物理系教授馬克·福克斯表示：“任何測量或‘讀取’光子的行為都會(huì)改變其特性。光子一旦受到干擾，數(shù)據(jù)將會(huì)遭到破壞并發(fā)出警報(bào)。我們的方法也解決了一個(gè)困擾科學(xué)家約20年的問題，即如何采用珀塞爾效應(yīng)高效地加速光子的生成。”