光子以前所未有的效率在基于芯片的系統(tǒng)上相互作用

為了處理信息，光子必須相互作用。但是，這些微小的光包彼此之間沒有任何關(guān)系，彼此通過而不會改變彼此。現(xiàn)在，史蒂文斯理工學院的研究人員已經(jīng)誘使光子以前所未有的效率相互相互作用，這是實現(xiàn)期待已久的用于計算，通信和遙感的量子光學技術(shù)的重要進步。

由物理學副教授，量子科學與工程中心主任黃玉平領(lǐng)導的研究小組，通過納米級芯片使我們更接近了這一目標，該芯片能夠以比以前任何系統(tǒng)更高的效率促進光子相互作用。該新方法在Optica的9月18日發(fā)行的備忘錄中作了報告，該方法在非常低的能量水平下工作，表明可以對其進行優(yōu)化以在單個光子的水平??下工作-這是室溫量子計算的圣杯。安全的量子通信。

Huang說：“我們正在推動物理和光學工程的界限，以使量子和全光信號處理更接近現(xiàn)實。”

為了實現(xiàn)這一目標，Huang的團隊將激光束發(fā)射到了賽道狀的微腔中，該微腔內(nèi)刻有一塊水晶。當激光在賽道周圍反彈時，其受限制的光子彼此相互作用，產(chǎn)生諧波共振，從而引起一些循環(huán)光改變波長。

這并不是一個全新的技巧，但是黃和他的同事，包括研究生陳嘉陽和高級研究科學家Yong Meng Sua，通過在絕緣子上使用鈮酸鋰制成的芯片極大地提高了其效率，這種材料具有獨特的制造方法。與光相互作用。與硅不同，鈮酸鋰很難用常見的反應氣體進行化學蝕刻。因此，史蒂文斯(Stevens)的團隊使用了一種離子銑削工具，本質(zhì)上是一種納米噴砂機，來蝕刻一條細小的賽道，其寬度約為人發(fā)寬度的一百分之一。

在定義賽道結(jié)構(gòu)之前，該團隊需要施加高壓電脈沖以創(chuàng)建經(jīng)過仔細校準的交替極性或周期性極化的區(qū)域，以調(diào)整光子在賽道上的移動方式，從而增加它們相互影響的可能性。

Chen解釋說，要蝕刻芯片上的跑道并調(diào)整光子在芯片上的移動方式，就需要數(shù)十個精細的納米加工步驟，每個步驟都需要納米精度。“據(jù)我們所知，我們是最早掌握所有這些納米加工步驟以構(gòu)建該系統(tǒng)的小組之一，這就是我們首先獲得此結(jié)果的原因。”

展望未來，Huang和他的團隊旨在增強水晶跑道限制和再循環(huán)光的能力，即Q因子。該團隊已經(jīng)確定了將其Q因子提高至少10倍的方法，但是每一次升級都會使系統(tǒng)對不可察覺的溫度波動(幾千度)更加敏感，并且需要進行仔細的微調(diào)。

史蒂文斯團隊仍然說，他們正在關(guān)閉一個能夠可靠地在單光子級產(chǎn)生相互作用的系統(tǒng)，這一突破將使人們能夠創(chuàng)建許多強大的量子計算組件，例如光子邏輯門和糾纏源。一個電路可以同時解決同一個問題的多個解決方案，可以想象，可能需要數(shù)年才能完成的計算只需幾秒鐘即可完成。

Chen說，從那時起我們可能還有一段時間，但是對于量子科學家而言，這一旅程將是激動人心的。該論文的主要作者陳說：“這是圣杯。” “在通往圣杯的路上，我們正在認識到許多以前沒有人做過的物理學。”