新型糾纏光子源快速高效 使大規模量子設備集成觸手可及

超高速量子計算機和通信設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、高效的糾纏光子對的來源，這類系統用于傳輸和處理信息。現在，美國史蒂文斯理工學院的研究人員做到了這一點，據該校官方18日最新報道，研究人員不僅創造了一種基于芯片的光子源，其效率是以前的100倍，這使大規模量子設備集成變得觸手可及。相關研究成果發表于17日的《物理評論快報》。

“這對量子通信來說是一個巨大的里程碑。”加拉格爾物理學副教授兼量子科學與工程中心主任黃玉平(音譯)說。

為了創造光子對，研究人員會將光捕獲在精心雕刻的納米級微腔中。當光在空腔內循環時，其光子共振并分裂成糾纏對。但此處存在一個陷阱，即這樣的系統效率極低，需要一束包含數億個光子的入射光，才能讓單個糾纏的光子對勉強從另一端傳出。而現在，研究人員已開發出一種新的基于芯片的光子源，它的效率是以前任何設備的100倍，可以從一束微瓦功率的激光束中每秒創建數千萬個糾纏光子對。

其背后原理是，研究人員在此前研究基礎上，將極高質量的微腔雕刻成鈮酸鋰晶體薄片。跑道形狀的空腔在內部反射光子，而能量損失非常小，使光能夠循環更長的時間并以更高的效率相互作用。通過微調溫度等附加因素，研究團隊創造出前所未有的明亮糾纏光子對來源。在實踐中，這使得給定的入射光可以產生更多的光子對，從而極大地減少了為量子組件供電所需的能量。

目前，該團隊已經在研究進一步完善其工藝的方法，并希望很快達到可以將單個傳入光子轉變為一對糾纏的傳出光子的系統，沿途幾乎不會浪費能量。

由于這項技術已經可以基于芯片，因此研究人員表示準備通過集成其他無源或有源光學元件來開始擴大規模。

“最終目標是使量子設備高效、廉價運行，以使其能夠集成到主流電子設備中。”黃玉平解釋說，“我們希望將量子技術帶出實驗室，有朝一日孩子們能將量子筆記本電腦裝在他們的背包里。”

總編輯圈點

21世紀最受關注的前沿科技中，量子信息科學占有重要席位。以量子計算機為例，它和經典計算機的底層運行模式大不相同：經典計算機的最基本單元是由0和1組成的比特，而量子計算機的底層運行模式符合量子力學，它的最基本單元是量子比特。近幾年，量子信息科學領域捷報頻傳，量子通信和量子計算正在從虛無縹緲的概念一步步走入現實應用。當然，一切才剛剛開始，相信更多精彩還在后頭。(張佳欣)