量子技术

量子点发光二极管高性能研究

中国科学技术大学杜江峰院士、樊逢佳教授等人与国内外合作者利用混合相量子点中的偶极-偶极相互作用使量子点有效排列，增强了发光二极管中的光子外耦合。相关成果发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）。量子点发光二极管是下一代显示技术的有力竞争者。研究人员开发出一种新型的多型晶体结构的量子点，使用纤锌矿化合物核作为结构模板来外延生长纤锌矿硫化锌壳层，得到了纤锌矿与闪锌矿硫化锌共存的多型晶体结构量子点。强离子性的纤锌矿硫化锌提供了排列量子点所需的大电偶极矩；闪锌矿部分影响电子结构，从而促进每个量子点的取向发光，两方面结合实现了跃迁偶极矩取向的调控。

器件的仿真与实验结果（图片来源于中国科学技术大学）

首个“量子电子商务”方案

南京大学陈增兵等人实现了五用户的量子电子商务应用场景演示，为完整的电子商务交易流程提供了无条件的安全性保证。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。成果里的量子电子商务协议可以容忍量子密钥的部分隐私泄露，因此在后处理阶段不需要进行复杂的隐私提纯操作，在大规模网络和大数据传输的情景下可以节省可观的计算资源、网络带宽和数据处理时间。研究团队还证明了方案对于设备不完美的鲁棒性，实验中通过量化量子态的制备缺陷、量子态的传输偏差，对包括光强波动、码型效应、偏振偏差、相位差异和特洛伊木马攻击等所造成的信息泄露量精确估计，并给出了协议失败的最大概率。

胶体量子点在液体中的放大自发辐射

中国科学院大连化学物理研究所吴凯丰、杜骏团队与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室研究团队合作，开发体积紧凑的“俄歇抑制”型胶体量子点，在量子点溶液中观测到了准连续光泵浦下的放大自发辐射现象。相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。胶体量子点带边存在至少二重的能级简并，需要被激发至双激子态或更高阶的多激子态才能实现粒子数反转，使得一般量子点的光增益寿命被限制在皮秒量级。研究团队设计合成了体积紧凑的核壳结构量子点，具有组分渐变的合金化结构，其平缓的限域势垒有助于抑制非辐射俄歇复合，策略能够将量子点的双激子寿命从常规的皮秒量级延长到纳秒量级。

金属纳米团簇实现超高近红外磷光量子产率

清华大学化学系王泉明教授课题组通过在金纳米团簇中进行铜的精确掺杂，实现近红外区室温溶液态接近100%的磷光量子产率。相关成果发表于《科学》（Science）。由于受到能隙定律的限制，大多数团簇在近红外区的量子产率＜1%，严重限制它的实际应用。研究发现，铜的引入不仅增加了结构刚性，非辐射跃迁速率大幅降低，特别重要的是系间窜跃速率提高300倍，因此磷光量子产率极大提高。即使在室温下的溶液中，通过金铜合金纳米团簇仍可以实现接近100%的磷光量子产率，这将使得从生物成像到发光器件的应用成为可能。此外，通过各种合成策略可以系统地调节金属纳米团簇的发射能量范围。