新研究以极高精度控制单个光量子

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德国和西班牙联合研究团队成功地以极高的精度控制了单个光量子。研究人员在《自然·通讯》杂志报告了他们如何通过声波以千兆赫频率在两个输出之间来回切换芯片上的单个光子。首次展示的这种方法可用于声量子技术或复杂的集成光子网络。

光波和声波构成了现代通信的技术支柱。虽然带有激光的玻璃纤维构成了万维网,但芯片上的纳米级声波以千兆赫频率处理信号,以便在智能手机、平板电脑或笔记本电脑之间进行无线传输。未来最紧迫的问题之一是如何将这些技术扩展到量子系统,以建立安全(即免窃听)的量子通信网络。

研究人员称,光量子或光子在量子技术的发展中起着非常重要的作用。研究团队已成功地在拇指指甲大小的芯片上生成单个光子,然后以前所未有的精度控制它们,通过声波精确计时。

在他们的研究中,研究人员制造了一种芯片,该芯片配备了用于光量子的微小“传导路径”,即所谓的波导,它们仅为人的头发丝的1/30。此外,该芯片还包含量子光源(即量子点)。这些量子点只有几纳米大小,是波导内的岛屿,它们以单个光子的形式发射光。量子点包含在芯片中,因此不必使用复杂的方法通过其他来源生成单个光子。

研究人员称,通过使用纳米级声波,他们能在波导中以前所未有的速度直接在芯片上的两个输出之间来回切换光子。研究人员认为该成果是混合量子技术道路上的一个里程碑,因为他们结合了3种不同的量子系统:量子点形式的量子光源、产生的光量子以及声子(声波中的量子粒子)。r

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