產(chǎn)生糾纏光子的常見方法

產(chǎn)生量子糾纏的設(shè)備通常體積龐大，且每次只能產(chǎn)生一對(duì)糾纏光子。現(xiàn)在，科學(xué)家們發(fā)明了一種厚度約為一便士三分之一的裝置，它不僅可以成對(duì)產(chǎn)生復(fù)雜的糾纏光子網(wǎng)，還可以將多對(duì)糾纏光子連在一起。本發(fā)明不僅可以大大簡(jiǎn)化量子技術(shù)所需的設(shè)置，而且有助于支持更復(fù)雜的量子應(yīng)用。

據(jù)了解，產(chǎn)生糾纏光子的常見方法是將光束照射到一個(gè)特殊的“非線性晶體”上。每個(gè)晶體都可以將一個(gè)光子分裂成兩個(gè)能量較低、波長(zhǎng)較長(zhǎng)的糾纏光子。

“傳統(tǒng)的糾纏光子產(chǎn)生技術(shù)并不靈活，它們只能在通常非常窄的特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生光子對(duì)，”合著者M(jìn)aria Chekhova說，她是德國埃爾朗根馬普科學(xué)研究所的物理學(xué)家。這種窄帶寬會(huì)限制通信速率。

此外，Chekhova補(bǔ)充道，產(chǎn)生糾纏光子的標(biāo)準(zhǔn)方法最終決定了糾纏光子的許多特性，如波長(zhǎng)和偏振。她解釋說，如果想進(jìn)一步操縱這些特征，就需要更多的設(shè)備。另外，非線性晶體通常體積較大。對(duì)于需要許多糾纏光子的應(yīng)用來說，這可能很麻煩。“一個(gè)量子計(jì)算源需要數(shù)十或數(shù)百個(gè)體積龐大的晶體，”研究共同發(fā)起人、Albuquerque Sandia國家實(shí)驗(yàn)室集成納米技術(shù)中心的物理學(xué)家Igal Brener說。

科學(xué)家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，只有大約半毫米厚的設(shè)備就足夠了。這些設(shè)備是亞表面，表面覆蓋著大量的微觀柱子。Brener說：“我們只需要將一個(gè)或多個(gè)激光聚焦到一個(gè)平坦的樣品上，其余的都由亞表面完成?！?/p>

每一個(gè)亞表面都由一個(gè)500微米厚的玻璃表面組成，表面覆蓋著砷化鎵結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞表面都類似于約300納米寬的立方體，上面刻有缺口。調(diào)整每個(gè)亞表面納米結(jié)構(gòu)的組成、結(jié)構(gòu)和位置的方式可以幫助科學(xué)家控制落在器件上的光的許多特征。

將激光束照射到這些亞表面上會(huì)導(dǎo)致糾纏光子出現(xiàn)。Brener說：“原則上，一個(gè)亞表面可以產(chǎn)生幾種類型的糾纏光子對(duì)。使用多光子對(duì)創(chuàng)建更復(fù)雜的量子狀態(tài)可以帶來進(jìn)行量子計(jì)算、傳感、加密等的新方法或更有效的方法。”

此外，亞表面可以操縱一系列糾纏光子的特征，“但我們還并沒有探索那個(gè)自由度，”Brener說，“機(jī)會(huì)是巨大的，我們還只觸及了表面?！?/p>

目前，這些亞表面的效率較低。Chekhova說：“我們的速率不到每秒一對(duì)，而標(biāo)準(zhǔn)晶體的速率為每秒數(shù)十萬對(duì)。” 然而，她指出，進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)備可能會(huì)將效率提高至少千倍。