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管（LED）中移動單電子來產生單光子的新技術。這項技術發表在《自然通信》雜誌上，可以幫助發展新興的量子通信和量子計算領域。
光子源的重要性
單個光子（光的基本粒子）可以承載數百公里的量子信息。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，研究實驗室已經利用半導體中的自組裝量子點（Quantum Dots ）和金剛石中的結構缺陷製成了單光子源。由於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）。這種隨機性可能會對將光子源集成到大型量子網絡中時構成挑戰。
信息傳送的原理
研究人員表明，他們可以以不同的受控方式生成單個光子，而無需量子點或缺陷，通過一次只移動一個電子與一個“空穴”（在充滿的電子“帶”中丟失的電子）重新結合來實現。
想象一下，嘗試通過以下方式在牆上發射藍色或紅色的球流來發送一條數字消息。帶有球形凹痕的傳送帶將一系列白色的球拖到斜坡上，然後使球從坡頂掉下。在劍橋大學攻讀博士學位的Tzu-Kan Hsiao博士解釋說：每個球在下落時都會加快速度，然後當它反彈到牆邊或越過牆壁時被噴成藍色或紅色（取決於消息）。
由於傳送帶上的凹口每個只能承載一個球，所以一次僅有一個球會被噴塗顏色，因此不可能存在這種情況，即當有一些球被竊聽者截獲而接收端的人沒有注意到球的丟失，而如果有時一次傳送兩個或多個球，則竊聽者可以捕獲其中一個球或者多個球而接收者毫無察覺。這樣，某些消息可能會被無意間洩露。
在實驗中，研究人員使用行業通用的製造工藝在砷化鎵（GaAs）表面附近製造了一個器件。該研究小組負責人Christopher Ford教授說，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，電勢波將單個電子一個接一個地帶到孔的區域。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。
每個單光子可以被給予兩個偏振器中的一個來攜帶信息，這樣竊聽者就不能在沒有被檢測到的情況下攔截信息。
在量子計算中的應用
該研究成果除了作為一種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。通過使用單個光子作為“飛行”量子位來橋接基於半導體的量子計算機，可以實現建立大規模分佈式量子計算網絡的宏偉目標。
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