新型光学器件：实现不同颜色光子的量子纠缠

关键词

光子、量子、通信

导读

近日，美国国家标准与技术研究院的研究人员们首次利用基于芯片的可量产光学元件，创造出由一个可见光光子与一个近红外光光子组成的量子纠缠的光子对。

背景

目前，某些正在开发中的最先进的通信系统，是依靠量子科学的特性来存储和传输信息。可是，研究人员们设计出的那些依靠光线而不是电流来传输信息的量子通信系统，面临着一种窘境：存储和处理量子信息的光学元件通常需要可见光“光子（组成光的粒子）”来运行；但是只有近红外光光子（具有约10倍以上更长的波长）可以跨越几千米的光纤传输量子信息。

（图片来源：Christoph Hohmann / 慕尼黑纳米系统研究）

创新

近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员们开发出一种新方法来解决这个问题。团队首次利用基于芯片的可量产光学元件，创造出由一个可见光光子与一个近红外光光子组成的量子关联的光子对。

这些光子对结合了可见光与近红外光的优势：在每个光子对中，可见光可以与囚禁的原子、粒子或者作为量子版本计算机存储器的其他系统进行交互；近红外光可以通过光纤长距离地自由传播。

这项成果有望提升光基电路向遥远地方安全传输信息的能力。NIST 研究人员 Xiyuan Lu、Kartik Srinivasan 以及他们在马里兰大学帕克分校纳米中心的同事们，采用由可见光光子与近红外光光子组成一个特定的光子对，演示了这种量子关联，也称为“纠缠”。然而，研究人员们的设计方法可以很容易地用于创造许多其他的“可见光/近红外光”光子对。这些光子对经过定制，能满足特定系统的需求。此外，制造“纠缠”的小型光学元件可以量产。