新型糾纏光子源快速高效 相關(guān)研究成果發(fā)表于17日的《物理評(píng)論快報(bào)》

超高速量子計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備可以徹底改變我們生活的方方面面，但前提是需要一種快速、高效的糾纏光子對(duì)的來(lái)源，這類系統(tǒng)用于傳輸和處理信息?，F(xiàn)在，美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員做到了這一點(diǎn)，據(jù)該校官方18日最新報(bào)道，研究人員不僅創(chuàng)造了一種基于芯片的光子源，其效率是以前的100倍，這使大規(guī)模量子設(shè)備集成變得觸手可及。相關(guān)研究成果發(fā)表于17日的《物理評(píng)論快報(bào)》。

“這對(duì)量子通信來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的里程碑。”加拉格爾物理學(xué)副教授兼量子科學(xué)與工程中心主任黃玉平(音譯)說(shuō)。

為了創(chuàng)造光子對(duì)，研究人員會(huì)將光捕獲在精心雕刻的納米級(jí)微腔中。當(dāng)光在空腔內(nèi)循環(huán)時(shí)，其光子共振并分裂成糾纏對(duì)。但此處存在一個(gè)陷阱，即這樣的系統(tǒng)效率極低，需要一束包含數(shù)億個(gè)光子的入射光，才能讓單個(gè)糾纏的光子對(duì)勉強(qiáng)從另一端傳出。而現(xiàn)在，研究人員已開發(fā)出一種新的基于芯片的光子源，它的效率是以前任何設(shè)備的100倍，可以從一束微瓦功率的激光束中每秒創(chuàng)建數(shù)千萬(wàn)個(gè)糾纏光子對(duì)。

其背后原理是，研究人員在此前研究基礎(chǔ)上，將極高質(zhì)量的微腔雕刻成鈮酸鋰晶體薄片。跑道形狀的空腔在內(nèi)部反射光子，而能量損失非常小，使光能夠循環(huán)更長(zhǎng)的時(shí)間并以更高的效率相互作用。通過(guò)微調(diào)溫度等附加因素，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出前所未有的明亮糾纏光子對(duì)來(lái)源。在實(shí)踐中，這使得給定的入射光可以產(chǎn)生更多的光子對(duì)，從而極大地減少了為量子組件供電所需的能量。

目前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在研究進(jìn)一步完善其工藝的方法，并希望很快達(dá)到可以將單個(gè)傳入光子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚?duì)糾纏的傳出光子的系統(tǒng)，沿途幾乎不會(huì)浪費(fèi)能量。

由于這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)可以基于芯片，因此研究人員表示準(zhǔn)備通過(guò)集成其他無(wú)源或有源光學(xué)元件來(lái)開始擴(kuò)大規(guī)模。

“最終目標(biāo)是使量子設(shè)備高效、廉價(jià)運(yùn)行，以使其能夠集成到主流電子設(shè)備中。”黃玉平解釋說(shuō)，“我們希望將量子技術(shù)帶出實(shí)驗(yàn)室，有朝一日孩子們能將量子筆記本電腦裝在他們的背包里。”