在成熟的納米科學基礎上，大阪大學的一支研究團隊，剛剛在《應用物理快報》上介紹了其新開發的用於遠距離、超安全量子通信的納米芯片。如圖所示，通過利用表面等離子天線和量子點中的電子激發，這套方案能夠將光子有效照射到半導體上。更棒的是，它還與即將到來的先進技術兼容，有助於提升量子信息載體之間的傳輸效率。
（來自：2021 Oiwa Lab / Osaka University）
對於正在開發中的量子技術來說，當今經典計算機所採用的基於“0”和“1”的信息存儲和傳輸的編碼形式，顯然是遠遠不夠的。
而通過近日發表於《應用物理快報》上的《Detection of photogenerated single electrons in a lateral quantum dot with a Surface plasmon antenna》一文，我們得知：
大阪大學已攜手合作夥伴的研究人員，通過金屬納米結構顯著增強了光電轉換的效率 —— 這也是開發用於分享 / 處理數據的先進技術、使之更接近於實際應用需求的重要一步。
據悉，經典計算機信息基於簡單的“開 / 關”讀數，所以通過相關中繼放大技術來實現長距離信息傳輸，實現起來也是相對簡單的。
然而量子信息基於相對更複雜、更安全的量子物理特性，例如光子極化和電子自旋。因此被稱作量子點的半導體納米盒，就成為了許多研究人員所重點關注的量子信息存儲 / 傳輸組件。
然而量子中繼技術存在着一些局限性，尤其是光電信息的轉換非常低效。想要克服這種信息轉換和傳輸挑戰，正是大阪大學研究人員着力於解決的問題。
截圖（來自：Applied Physics Express）
研究一作 Rio Fukai 解釋稱：在量子通信研究中常見的砷化鎵量子點材料上，上單個光子轉換為單個電子的效率，目前仍然極低。
為此，該校研究團隊設計了一種新型納米天線 —— 它由超小的金同心環組成 —— 能夠將光聚焦到單個量子點上，從而讓中繼設備能夠輕鬆讀取電壓。
與非納米天線方案相比，研究人員將光子吸收效率提升了 9 倍。在照亮單個量子點后，大部分光生電子並沒有被困住，而是積聚在設備中的雜質或其它位置。
即便如此，這些多餘的電子還是給出了一個最小的電壓讀數，使得我們能夠輕鬆將之與量子點產生的電壓讀數區分開來，而不會破壞設備的預期讀數。
資深作者 Akira Oiwa 補充道：理論模擬表明，後續該技術有望將光子吸收效率提升到 25 倍。目前研究團隊正打算從兩方面着手，其一是改善光源對準、其二是更精確地製造納米天線。
展望未來，新技術有望在成熟的納米光子學的基礎上，推動即將到來的量子通信信息網絡的發展。藉助糾纏 / 疊加等抽象物理特性，量子技術或在數十年後帶來前所未有的信息安全和數據處理應用。