新型非线性纳米谐振腔可在单光子级别实现光波转换

将单光子从一个频率转到另一个频率是量子通信中的一个重要工具。国家标准与技术研究所（NIST）和马里兰大学的科学家已经开发出一种纳米光子频率转换器，包括一个直径约80μm，厚度为零点几微米的环形谐振腔。确定氮化硅波导环的形状和尺寸，以提高材料的非线性光学特性。科学家们已经为该技术工作了一段时间；2013他们推出了该器件的非共振版本。

频率转换器是解决问题的关键。量子系统生成和存储信息的最佳频率通常是远远高于信息在一千米以内的光纤中传输所需的频率。在这些频率之间转换光子需要几百太赫兹的转变。

更小但仍然关键的一点是，频率不匹配时产生的两个相同的量子系统在形状和组成上有很小的变化时，就会产生频率不匹配。这些变化导致系统产生的光子在频率上会稍有不同，但量子通信网络需要这些频率完全相同，十分精确。

新型环形谐振腔由不同频率的泵浦激光器驱动。使用四波混频布拉格散射，进入环的光子会由于两个泵浦激光器的频率差异发生频率转换。可实现从1550nm到980nm的升频转换和从980nm到1550nm降频转换，转换效率大于60%。

与之前实验室中环形谐振腔几个瓦特的功率不同，该系统仅消耗约几瓦特的一百分之一。更重要的是，在未来使用单光子源的实验中，噪音附加量是足够低。