超高速量子計算機和通信設(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、高效的糾纏光子對的來源，這類系統(tǒng)用于傳輸和處理信息。現(xiàn)在，美國史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員做到了這一點，據(jù)該校官方18日最新報道，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(xué)副教授兼量子科學(xué)與工程中心主任黃玉平(音譯)說。

為了創(chuàng)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(dāng)光在空腔內(nèi)循環(huán)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(tǒng)效率極低，需要一束包含數(shù)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(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)千萬個糾纏光子對。

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)更長的時間并以更高的效率相互作用。通過微調(diào)溫度等附加因素，研究團(tuán)隊創(chuàng)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(chǎn)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(tuán)隊已經(jīng)在研究進(jìn)一步完善其工藝的方法，并希望很快達(dá)到可以將單個傳入光子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚m纏的傳出光子的系統(tǒng)，沿途幾乎不會浪費能量。

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

“最終目標(biāo)是使量子設(shè)備高效、廉價運行，以使其能夠集成到主流電子設(shè)備中。”黃玉平解釋說，“我們希望將量子技術(shù)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(jì)最受關(guān)注的前沿科技中，量子信息科學(xué)占有重要席位。以量子計算機為例，它和經(jīng)典計算機的底層運行模式大不相同：經(jīng)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(xué)，它的最基本單元是量子比特。近幾年，量子信息科學(xué)領(lǐng)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(xiàn)實應(yīng)用。當(dāng)然，一切才剛剛開始，相信更多精彩還在后頭。

關(guān)鍵詞： 大規(guī)模量子設(shè)備