纠缠光子的创建效率是以前的100倍

史蒂文斯技术学院的Yuping Huang及其同事展示了一种可以轻松与其他光学组件集成的量子电路，从而为高速，可重构和多面量子设备铺平了道路。

超高速量子计算机和通信设备可以彻底改变我们生活的方方面面，但首先，研究人员需要一种快速，高效的纠缠光子对来源，这些系统可用于传输和操纵信息。史蒂文斯理工学院的研究人员现在已经做到了这一点，它创建了一种基于芯片的光子源，其效率是以前的100倍。工作带来了巨大的量子设备集成。

史蒂文桑德量子科学与工程中心主任加拉格尔物理副教授黄玉平说：“人们一直以来都怀疑这在理论上是可能的，但我们是第一个在实践中证明这一点。”

为了产生光子对，研究人员将光捕获在精心雕刻的纳米级微腔中。当光在空腔中循环时，其光子共振并分裂成纠缠的对。但是有一个陷阱：目前，这样的系统效率极低，需要一束包含数亿个光子的入射激光，然后一个纠缠的光子对才能在另一端缓慢滴落。

Huang和Stevens的同事现在已经开发出一种新的基于芯片的光子源，其效率比以前的任何设备高100倍，从而可以通过单个微瓦供电的激光束每秒创建数千万个纠缠的光子对。

Huang说：“这是量子通信的一个巨大里程碑，”他的工作发表在2020年12月17日的《物理评论快报》上。

黄与史蒂文斯研究生马兆辉和陈嘉洋合作，在实验室先前的研究基础上，将极高质量的微腔雕刻成铌酸锂晶体片。跑道形腔体内部反射光子，而能量损失很小，使光能够循环更长的时间并以更高的效率相互作用。

通过微调温度等其他因素，该团队得以创造出前所未有的光明纠缠光子对光源。在实践中，对于给定数量的入射光，这允许以更大的数量产生光子对，从而大大降低了为量子组件供电所需的能量。

该团队已经在研究进一步完善其工艺的方法，并表示他们希望很快实现量子光学的真正圣杯：一个系统可以将单个入射光子变成纠缠的一对出射光子，而几乎没有浪费。一路上的能量。“这绝对是可以实现的，”陈说。“目前，我们只需要逐步改进。”

在此之前，该团队计划继续完善其技术，并寻求使用光子源来驱动逻辑门和其他量子计算或通信组件的方法。Huang解释说：“由于这项技术已经基于芯片，因此我们准备通过集成其他无源或有源光学组件来开始扩大规模。”

Huang说，最终目标是使量子器件高效，廉价地运行，以使其能够集成到主流电子设备中。他解释说：“我们希望将量子技术带出实验室，从而使我们每个人都受益。”“有朝一日，我们希望孩子们将量子笔记本电脑放在背包里，我们正在努力实现这一目标。”

参考：马朝晖，陈家阳，詹湛，唐超，雍孟苏，范恒和黄玉萍的“片上量子量子光子源”被接受，《物理评论快报》。

资金：国家科学基金会，美国国家航空航天局。