用于成像和量子计算的新型QD量子点

Los Alamos团队展示了嵌入量子点定义的中间层如何在室温下发射单光子

与其他单光子发射器不同，新型的量子点可在环境条件和室温下提供稳定的单光谱可调谐红外光子流。这一突破开启了一系列实际应用，包括量子通信，量子计量，医学成像和诊断以及秘密标记。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家今天在《自然纳米技术》上发表的一篇论文的主要作者维克托·克里莫夫（Victor Klimov）说：“在红外中高单光子纯度的证明在诸如安全通信的量子密钥分发等领域具有直接的实用性。”

Los Alamos团队已经开发出一种优雅的方法来合成胶体纳米颗粒结构，这种结构来源于他们之前在可见光发射器上的工作，这种可见光发射器是基于一个包裹在CdS壳中的CdSe核。通过在核/壳界面处插入HgS夹层，该团队将量子点转变成了可以被调谐到特定波长的高效红外光发射器。

“这种新的合成技术可以对发射的HgS中间层的厚度进行高度精确的原子级控制。通过以单个原子层的增量进行更改，我们可以在离散的量化跃迁中调整发射光的波长，并通过调整硒化镉芯的尺寸，以更连续的方式进一步调整它。”该项目的首席化学家弗拉基米尔·塞耶维奇（Vladimir Sayevich）说。

这些新结构远远优于现有的近红外量子点，在单点水平上显示出“无闪烁”发射，在室温下（产生“量子光”）具有近乎完美的单光子纯度，并且发射速度快。它们在光和电激发下表现都非常好。

单光子可以用作量子计算中的量子位。在网络安全应用中，单光子可以通过量子密钥分发来保护计算机网络，而量子密钥分发则通过“牢不可破”的量子协议提供了最终的安全性。

生物成像是另一个重要的应用。新开发的量子点的发射波长在近红外生物透明窗口内，这使其非常适合于深层组织成像。

人们看不到红外光，但是从夜视设备和遥感到电信和生物医学成像，许多现代技术都依赖红外光。红外光还是新兴的量子技术的一个重要角色，这种量子技术依赖于光粒子或光子的对偶性，光子也可以表现为波。利用这种量子特性需要以单个量子或光子形式发光的“量子光”源。

致力于量子点光谱学的项目成员扎克·罗宾逊说：“在制造这些量子点时，要达到单原子层的精度也有一个很酷的化学元素。” “样品中所有点的发射HgS夹层的厚度都是相同的。这是非常独特的，特别是对于在烧杯中化学制备的材料而言。”

克利莫夫补充说：“但是，这只是第一步。为了充分利用“量子光”，需要实现光子不可区分性，即确保所有发射的光子在量子力学上都是相同的。这是一项非常艰巨的任务，我们将在下一个项目中解决。”

Vladimir Sayevich等人的《基于原子定义的嵌入到CdSe / CdS量子点中的HgS夹层的通用型近红外发射器》； 2021年 自然纳米技术