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晶元。 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相容，有助於提升量子資訊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″的資訊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，經典計算機資訊基於簡單的「開 / 關」讀數，所以通過相關中繼放大技術來實現長距離資訊傳輸，實現起來也是相對簡單的。

然而量子資訊基於相對更複雜、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資訊存儲 / 傳輸元件。

然而量子中繼技術存在著一些局限性，尤其是光電信息的轉換非常低效。 想要克服這種資訊轉換和傳輸挑戰，正是大阪大學研究人員著力於解決的問題。

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：理論類比表明，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著手，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資訊網路的發展。 借助糾纏 / 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資訊安全和數據處理應用。