普林斯顿大学的研究职员日前研发了一种米粒大小的激光，其通过人工原子即量子点间的单个电子隧道效应驱动。微波激光（也称为微波激射器）很好地验证了光和运动电子之间的基本相互浸染。
研究职员搭建了此装置，只需普通电吹风十亿分之一的电流。这为我们利用量子点供应了一种很好的思路，量子点是半导体材料的一小部分，类似于单个原子，可作为量子打算机的元件。
普林斯顿大学的副教授、本研究的领导者Jason Petta说道：“基本上我们能得到与单原子器件匹配的眇小量子点。”该研究成果揭橥在2015年1月的科学Science杂志上。
Jacob Taylor说道，这一器件也表明我们在利用半导体材料搭建量子打算体系的研究中又迈出了主要的一步。他是本文的互助作者，也是马里兰大学和国家标准技能局联合量子研究所的助理教授。Taylor还说道：“我认为这对我们长期研究目标非常主要，它是半导体器件中量子点之间的联系。”
本项目最初的目标不是研发微波激光，而是去探索如何利用双量子点，即两个量子点结合在一起作为量子位（quantum bit，qubit），这是量子打算机中的基本信息单元。
Petta实验室的物理学研究生Yinyu Liu说：“我们的目标是在双量子点之间建立通讯。”本研究团队还包括研究生Jiri Stehlik和普林斯顿大学物理系的副研究学者Christoper Eichler，以及联合量子所的博士后研究职员Michael Gullans。
图片解释：双量子点的扫描电镜图像。砷化铟纳米线中两个量子点（如红点所示）之间的电流每次流出一个电子。图片来源：Science
由于量子点能通过光粒子或光点之间的联系进行互换，研究职员设计了能发射光子的量子点，个中的单个电子能从高能级跃迁到低能级，从而跨过量子点。
Petta说道，每个双量子点每次仅能通报一个电子，它就像一群人穿过一个宽的溪流到达对面的岩石，而岩石很小每次只能站一个人，因此每次只能过去一个人。就电子而言，这些量子点是零维的，它们都局限于三维空间中。
研究职员从极细的纳米线（直径约为50nm，约为1m的十亿分之一）中得到了量子点，而纳米线由一种半导体材料砷化铟制备得到。这些砷化铟纳米线在其他更小的金属线上排列，作为门电极，来掌握量子点的能级。
为了得到微波激光，他们将双量子点放置在一个由半导体材料铌元素构成的空腔内，中间间距6毫米，空腔中的温度靠近绝对零度，约为零下459华氏度。Taylor说：“这是普林斯顿的研究团队首次展示相距约1厘米的双量子点之间能实现通讯。”
当开启设备时，电子呈一列纵队流向双量子点中的某一量子点，即在微波区域发射光子。这些光子到达空腔时发生反射从而产生相应的微波光。
Petta还说道，这一微波激光的上风之一便是量子点中的能级可被很好地调制从而产生各个频率的光，而其他半导体激光的频率是已定的。两个能级之间的能量差越大，其激光的频率越高。
Claire Gmachl，是普林斯顿的Eugene Higgins电子工程教授，也是半导体激光领域的先驱者。Claire Gmachl并未参加这次研究，他列举了激光、微波激光和其他干涉光源广泛运用于通讯、感知、医疗和当代生活的很多领域，因此本研究非常主要。
Gmachl说：“本文中，研究职员深刻阐发了光和移动电子之间的基本相互浸染。双量子点使得我们能完备掌控电子乃至是一个电子的运动，因此，我们能理解相关微波场是如何产生和放大信息的。对光与物质相互浸染过程的掌握有助于未来我们制备得到更好的光源。”
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