圖片：自然通訊（2020）

劍橋大學的研究人員開發了一種通過在專門設計的發光二極體（LED）中移動單電子來產生單光子的新技術。這項技術發表在《自然通訊》雜誌上，可以幫助發展新興的量子通訊和量子計算領域。

單個光子（光的基本粒子）可以承載數百公里的量子資訊傳遞。因此，可以產生單個光子的光源是許多量子技術中的重要組成部分。到目前為止，研究實驗室已經可以利用半導體中的自組裝量子點或金剛石中的結構缺陷製造了單光子源。這些點和缺陷的形成是一個隨機過程，因此很難預測這些單光子源的位置和光子能量（或波長）。在將光子源整合到大型量子網路中時，這種隨機性可能會帶來挑戰。

在本文中，研究人員表明，通過一次僅移動一個電子與一個``空穴''（共價鍵上流失一個電子，最後在共價鍵上留下空位的現象。）。

該研究小組負責人克里斯托弗·福特（Christopher Ford）教授說：“在實驗中，我們僅使用行業相容的製造工藝在砷化鎵（GaAs）表面附近製造了一個器件。這種裝置由一個靠近空穴區域的電子區域和一個介於兩者之間的狹窄通道組成。”

為了一次只傳輸一個電子，我們沿表面發射聲波。在砷化鎵中，這種“表面聲波”還會產生伴隨的電勢波，其中每個最小電勢僅攜帶一個電子。像傳送帶一樣，勢波將單個電子一個接一個地帶到空穴的區域。當每個電子在下一個電子到達之前迅速與空穴複合時，就會生成一系列單光子。

可以給每個單個光子極化來傳送訊息，以使竊聽者無法偵聽該訊息而不被檢測到。

除了是新穎的單光子源之外，更重要的是，使用這種新技術還可以將電子自旋的狀態轉換為光子的極化狀態。通過橋接使用單光子作為“飛行”量子位的基於半導體的量子計算機，可以實現建立大規模分散式量子計算網路的巨集偉目標。