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美国科学家制造出首个宣布式单光子源

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:12

    美国科学家制造出首个宣布式单光子源

    这是一个关于光子对产生过程的插图。在这个过程中,注入的光子会自发地产生特殊的新的光子对,这些新的光子对在同一时间出现。而且在光子对中,一个光子的频率稍低,另一个的光子频率稍高,继而宣布过程就发生了。(来源: Srinivasan,Davanco/NIST)

    作为迈向更为实用的量子信息处理的重要一步,来自于加利福尼亚大学圣地亚哥分校的国家标准和技术研究所 (NIST)和米兰理工大学(Politecnico di Milano)的研究人员已经用硅做出了第一个宣布式单光子源。该光源融合了两个基于硅的新技术——操纵纠缠光子的干涉仪和单光子探测器。单光子光源是量子光学电路以及安全的量子通信系统所必需的器件。

    依据NIST的科学家Kartik Srinivasan的说法,这个新的0.5 mm x 0.05 mm大小的宣布式光子发生器通过三种方式集中了现有的技术:它可以在室温下工作;它产生的光子兼容现有的通信系统(波长大约是1 550纳米);而且,由于它以硅为原料,所以它可以用标准的技术规模化制造。

    “heralded”光子的存在性由检测另一个光子来确定,另一个光子被称为“herald”光子。要产生“heralded”光子,技术小组利用了一种现有的技术——光子对发生器(photon pair generation)。

    “我们使用了一种特殊的材料,这种材料在两束入射光子的作用下会自发地产生一对新的频率偏移光子。在光子对发生器中,我们用一束激光把光子注入到这种材料上。不过,虽然这些光子在同一时刻产生,但是我们无法知道它们会在何时产生。因此,侦测到这些光子中的一个,就能让我们知道如何去寻找和它成对的另一个光子”,Srinivasan说。“因为光子对在很多地方都有应用,有时会需要使用宣布式光子对,比如在未来量子计算机的存储设备中,我们可以用它们来触发信息存储。”按照Srinivasan的说法,研究小组的硅基设备能够高效地产生单光子对,而且他们的实验很清楚地表明,他们可以通过探测一对光子中的一个光子来宣告另一个光子的存在。

    虽然这个新设备是一个技术进步,但它还不是实用的产品。加州大学圣地亚哥分校的Shayan Mookherjea教授是这个项目的合作者。根据他的说法,一个单光子源的亮度不够,而且很多功能还需要集成在芯片上。然而,通过把多个光源连同它们的互补组件放在一个芯片上——这个芯片可以通过基于硅的技术实现——可以提升这个设备的实际应用能力。

    (环球科学 程高峰)

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