一种在光子芯片内精确居中量子点的办法
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><img src="//q3.itc.cn/q_70/images01/20240320/fff389e3c5c54b12a706c5cfa0a534d4.png" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">量子点与光子组件的精确对齐<span style="color: black;">针对</span>提取量子点发出的辐射至关<span style="color: black;">要紧</span>。<span style="color: black;">这里</span>图中，以圆形光栅的光学“热点”为中心的量子点（插图中的中心点）比未对齐的点（插图中的偏心点）发出<span style="color: black;">更加多</span>的光。<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：S. Kelley/NIST</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">从数百万个量子点中<span style="color: black;">捕捉</span>明亮光线的设备，<span style="color: black;">包含</span>芯片级激光器和光放大器，<span style="color: black;">已然</span>完<span style="color: black;">成为了</span>从实验室实验到商业<span style="color: black;">制品</span>的过渡。<span style="color: black;">然则</span>，新型量子点器件进入市场的速度较慢，<span style="color: black;">由于</span>它们<span style="color: black;">必须</span>在单个点和提取和引导发射辐射的微型光学器件之间非常精确地对齐。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">美国国家标准与技术<span style="color: black;">科研</span>院（NIST）的<span style="color: black;">科研</span>人员及其同事<span style="color: black;">此刻</span><span style="color: black;">已然</span><span style="color: black;">研发</span>了光学显微镜的标准和校准，<span style="color: black;">准许</span>量子点与光子元件的中心对齐，误差在10到20纳米（大约是一张纸厚度的千分之一）以内。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">这种对准<span style="color: black;">针对</span>利用量子点发出的辐射来存储和传输量子信息的芯片级设备至关<span style="color: black;">要紧</span>。该<span style="color: black;">科研</span><span style="color: black;">发布</span>在Optica Quantum上。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">NIST<span style="color: black;">科研</span>人员首次在光学显微镜的<span style="color: black;">全部</span>图像上达到了这种精度水平，使<span style="color: black;">她们</span>能够校正许多单个量子点的位置。<span style="color: black;">科研</span>人员<span style="color: black;">研发</span>的一个模型预测，<span style="color: black;">倘若</span><span style="color: black;">运用</span>新标准校准显微镜，<span style="color: black;">那样</span>高性能设备的数量可能会<span style="color: black;">增多</span>一百倍。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">这种新能力<span style="color: black;">能够</span>使从<span style="color: black;">科研</span>实验室慢慢<span style="color: black;">显现</span>的量子信息技术得到更<span style="color: black;">靠谱</span>的<span style="color: black;">科研</span>，并有效地<span style="color: black;">研发</span>成<span style="color: black;">商场</span><span style="color: black;">制品</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">在<span style="color: black;">研发</span><span style="color: black;">她们</span>的<span style="color: black;">办法</span>时，克雷格·科普兰（Craig Copeland），塞缪尔·斯塔维斯（Samuel Stavis）及其合作者，<span style="color: black;">包含</span>来自NIST和马里兰大学之间的<span style="color: black;">科研</span>合作伙伴关系联合量子<span style="color: black;">科研</span>所（JQI）的同事，创建了可追溯到国际单位制（SI）的标准和校准，用于<span style="color: black;">指点</span>量子点的对齐。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">“找到一个量子点并在其上<span style="color: black;">安置</span>一个光子元件这个看似简单的想法被证明是一个棘手的<span style="color: black;">测绘</span>问题，”科普兰说。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">在典型的<span style="color: black;">测绘</span>中，当<span style="color: black;">科研</span>人员<span style="color: black;">运用</span>光学显微镜寻找单个量子点的位置时，误差<span style="color: black;">起始</span>累积，这些量子点<span style="color: black;">位置于</span>半导体材料表面的随机位置。<span style="color: black;">倘若</span><span style="color: black;">科研</span>人员忽略半导体材料在量子点工作的超冷温度下的收缩，误差就会变大。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">更<span style="color: black;">繁杂</span>的是，这些<span style="color: black;">测绘</span>误差因<span style="color: black;">科研</span>人员用来制作校准标准的制造过程中的不准确而变得更加<span style="color: black;">繁杂</span>，这<span style="color: black;">亦</span>影响了光子元件的<span style="color: black;">安置</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">科研</span>人员在3月18日<span style="color: black;">发布</span>在Optica Quantum上的一篇<span style="color: black;">文案</span>中描述了NIST<span style="color: black;">办法</span>，该<span style="color: black;">办法</span><span style="color: black;">能够</span>识别并纠正以前被<span style="color: black;">忽略</span>的此类错误。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><img src="//q8.itc.cn/q_70/images01/20240320/4a1906b702f74c8c97ea03fff548b1e3.png" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"></p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">图示<span style="color: black;">表示</span>了光学显微镜的可追溯校准<span style="color: black;">怎样</span>纠正仪器缺陷，否则会<span style="color: black;">引起</span>量子点与光子元件错位。<span style="color: black;">照片</span><span style="color: black;">源自</span>：S. Kelley/NIST</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">NIST团队创建了两种类型的可追溯标准来校准光学显微镜 - <span style="color: black;">首要</span>在室温下分析制造过程，<span style="color: black;">而后</span>在低温下<span style="color: black;">测绘</span>量子点的位置。在<span style="color: black;">她们</span>之前的工作<span style="color: black;">基本</span>上，室温标准由一系列纳米级孔<span style="color: black;">构成</span>，这些孔在金属薄膜中间隔<span style="color: black;">必定</span>距离。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">而后</span>，<span style="color: black;">科研</span>人员用原子力显微镜<span style="color: black;">测绘</span>了孔的<span style="color: black;">实质</span>位置，<span style="color: black;">保证</span>这些位置可追溯到SI。<span style="color: black;">经过</span>将光学显微镜观察到的孔的表观位置与<span style="color: black;">实质</span>位置进行比较，<span style="color: black;">科研</span>人员<span style="color: black;">评定</span>了光学显微镜的放大校准和图像畸变的误差。<span style="color: black;">而后</span>，校准后的光学显微镜可用于快速<span style="color: black;">测绘</span><span style="color: black;">科研</span>人员制造的其他标准品，从而能够对过程的准确性和可变性进行统计分析。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">“良好的统计数据<span style="color: black;">针对</span>可追溯性链中的<span style="color: black;">每一个</span>环节都至关<span style="color: black;">要紧</span>，”NIST<span style="color: black;">科研</span>员Adam Pintar说，他是该<span style="color: black;">文案</span>的合著者。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">科研</span>小组将<span style="color: black;">她们</span>的<span style="color: black;">办法</span>扩展到低温，校准了用于对量子点<span style="color: black;">影像</span>的超冷光学显微镜。为了进行这种校准，该团队创建了一种新的显微镜标准——在硅晶圆上制造的一系列支柱。科学家们之<span style="color: black;">因此</span><span style="color: black;">运用</span>硅，是<span style="color: black;">由于</span><span style="color: black;">已然</span>精确<span style="color: black;">测绘</span>了材料在低温下的收缩率。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">科研</span>人员在校准低温光学显微镜的放大倍率时<span style="color: black;">发掘</span>了几个陷阱，这些显微镜的图像失真<span style="color: black;">常常</span>比在室温下操作的显微镜更严重。这些光学缺陷将直线图像弯曲成粗糙的曲线，校准<span style="color: black;">能够</span>有效地拉直这些曲线。<span style="color: black;">倘若</span>不校正，图像失真会<span style="color: black;">引起</span>在确定量子点的位置以及在<span style="color: black;">目的</span>、波导或其他光<span style="color: black;">掌控</span>设备中对齐量子点时<span style="color: black;">显现</span><span style="color: black;">很强</span>误差。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">“这些错误可能阻止了<span style="color: black;">科研</span>人员制造出性能符合预期的设备，”NIST<span style="color: black;">科研</span>员Marcelo Davanco说，他是该<span style="color: black;">文案</span>的合著者。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">科研</span>人员<span style="color: black;">研发</span>了一个<span style="color: black;">仔细</span>的模型，用于将量子点与芯片级光子组件集成的<span style="color: black;">测绘</span>和制造误差。<span style="color: black;">她们</span><span style="color: black;">科研</span>了这些错误<span style="color: black;">怎样</span>限制量子点器件按设计执行的能力，<span style="color: black;">发掘</span>了一百倍改进的<span style="color: black;">潜能</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">“<span style="color: black;">倘若</span>一百个设备中有一个适用于<span style="color: black;">她们</span>的<span style="color: black;">第1</span>次实验，<span style="color: black;">科研</span>人员可能会很高兴，但制造商可能<span style="color: black;">必须</span>一百个设备中的九十九个<span style="color: black;">才可</span>工作，”斯塔维斯指出。“<span style="color: black;">咱们</span>的工作是这种从实验室到晶圆厂过渡的飞跃。”</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">除了量子点器件之外，NIST正在<span style="color: black;">研发</span>的可追溯标准和校准<span style="color: black;">能够</span><span style="color: black;">加强</span>光学显微镜其他<span style="color: black;">需求</span>苛刻的应用的准确性和<span style="color: black;">靠谱</span>性，例如脑细胞<span style="color: black;">影像</span>和绘制神经连接图谱。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">为了完成这些工作，<span style="color: black;">科研</span>人员还试图在<span style="color: black;">全部</span>显微镜图像上确定所<span style="color: black;">科研</span>物体的准确位置。<span style="color: black;">另外</span>，<span style="color: black;">专家</span>可能<span style="color: black;">必须</span>协调<span style="color: black;">区别</span>仪器在<span style="color: black;">区别</span>温度下的位置数据，就像量子点设备<span style="color: black;">同样</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">更加多</span>信息： Craig R. Copeland等人，可追溯的定位能够以高产率实现量子发射器和光子结构的精确集成，Optica Quantum（2024）。DOI： 10.1364/OPTICAQ.502464</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">来自：量子梦<a style="color: black;"><span style="color: black;">返回<span style="color: black;">外链论坛：http://www.fok120.com/</span>，查看<span style="color: black;">更加多</span></span></a></p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">责任编辑：网友投稿</span></p>
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