量子技術對精確度的要求極高，任何一個光子都必須具備相同的能量和數量，否則將無法滿足需求。即便是最微小的變化，都可能導致量子計算機、傳感器或通信系統出現錯誤。為了解決這一挑戰，位於西北大學的工程師們開發出一種策略，以提高量子光源的可靠性和一致性。他們的方法是用一種名為 PTCDA 的分子層來覆蓋一種原子薄的半導體——二硒化鎢。這一簡單卻強大的步驟，將充滿噪聲且不可靠的光子信號轉變為清晰的單光子脈衝，這對未來的量子技術而言是一項突破。
這種覆蓋不僅將光子的光譜純度提高了 87%，還有效地控制了光子的顏色變化，並降低了產生光子所需的激活能量，同時保持了半導體核心性質的完整性。光子發射的脆弱性得到了改善。研究的通訊作者 Mark C. Hersam 表示，當二硒化鎢中存在缺陷，例如缺失的原子時，該材料可以發射單個光子，但這些單光子發射點對環境中的任何污染物都極為敏感。Hersam 解釋，即使是空氣中的氧氣也會干擾光子的生產，這種變異性使得二硒化鎢在量子應用中不夠可靠。而 PTCDA 覆蓋層通過保護發射器免受不必要的污染物影響，成功解決了這一問題。
PTCDA 覆蓋層提供了一個均勻的環境，從而保護了單光子發射點免受環境污染的影響。Hersam 說：「這是一種分子級的完美覆蓋，為單光子發射點提供了一個穩定的環境。」這種覆蓋層的出現，使得二硒化鎢在量子應用方面的潛力得以釋放，因為它顯著提升了光子的可靠性，並將光子能量轉移至較低的能級，這對通信設備來說是非常有用的。
接下來，Hersam 的團隊計劃測試其他半導體材料和分子覆蓋層，並計劃利用電流來驅動光子的發射，這是將量子計算機連接到龐大網絡的一個重要步驟。Hersam 指出：「我們的宏大構想是希望能從個別的量子計算機向量子網絡甚至量子互聯網發展。」透過使用單光子進行量子通信，他們的技術將有助於建立穩定、可調和可擴展的單光子源，這是實現這一願景的基本組件。這項研究的成果已發表於《Science Advances》。
