近日，一项研究由Boaz Lubotzky在博士研究期间牵头，与耶路撒冷希伯来大学拉卡物理研究所的Ronen Rapaport教授与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和德国乌尔姆大学的团队合作，揭示了在室温下单光子源的片上集成方面的重大进展。这一成就代表着量子光子学领域向前迈出的重要一步，并有望在包括量子计算、密码学和传感在内的各种应用中发挥作用。
关键的创新在于实现了一种混合金属-电介质靶心天线，它提供了卓越的光子方向性。这种新颖的天线设计允许通过将发射器放置在位于天线中心的亚波长孔内来有效地反向激发光子。这种配置使得能够将发射直接反向激励和高效的正向耦合到低数值孔径光学器件或光纤。
这项研究通过制造含有胶体量子点或含有硅空位中心的纳米金刚石的器件，证明了这一概念的多功能性，即使在室温下，这两种器件都是出色的单光子发射器。使用两种不同的纳米定位方法对这些发射器进行了精确定位。值得注意的是，这两种类型的背激器件在低至0.5的数值孔径下都表现出约70%的前收集效率。这意味着可以使用非常简单和紧凑的光学元件，并且仍然将大部分光子收集到所需的通道中，或者将发射的光子准确地发送到附近的光纤中，而不需要任何额外的耦合光学器件。这是将量子光源集成到真实量子系统中的关键因素。这一简化的过程有望简化未来的集成工作，并加速实现实用的量子光子器件。
Boaz-Lubotzky评论了这一成就的意义，他说：“通过克服与单光子源芯片集成相关的关键挑战，我们为先进量子技术的发展开辟了令人兴奋的新可能性。”
通过创新使用金属-电介质混合靶心天线，在室温下将单光子源成功集成到微小芯片上，这在推进量子密码技术以实现安全通信、改进传感技术和简化实用量子光子器件的集成过程方面具有直接应用。这项研究的发现为新兴量子技术领域的商业应用和新产品开发打开了大门。
题为“基于背激纳米天线中胶体量子点和SiV中心的室温光纤耦合单光子源”的研究论文现已在《Nano Letters》期刊上发表，可访问https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03672。
