最新！研究人員開始能夠高速控制單個光量子

來自巴倫西亞、明斯特、奧格斯堡、柏林和慕尼黑(Valencia, Münster, Augsburg, Berlin and Munich)的德國和西班牙研究人員組成的團隊已經成功地將單個光量子控制到極高的精確度。研究人員首次揭示了他們是如何通過聲波在芯片上的兩個千兆赫(gigahertz)頻率輸出之間來回切換單個光子的，這個方法現在可以用于聲學量子技術或復雜的集成光子網絡。相關研究結果已經發表在Nature Communications雜志上。

光波和聲波構成了現代通信的技術支柱。玻璃纖維和激光形成了萬維網，而芯片上的納米級聲波處理千兆赫頻率的信號，用于智能手機、平板電腦或筆記本電腦之間的無線傳輸。未來最緊迫的問題之一是如何將這些技術擴展到量子系統，以建立安全的量子通信網絡。

“光量子或光子在量子技術的發展中扮演著非常核心的角色，”領導這項研究的物理學家 Hubert Krenner教授說，“我們團隊現在已經成功地在一個縮略圖大小的芯片上產生單個光子，然后以前所未有的精確度控制它們，并通過聲波精確計時。”在他們的研究中，研究人員制作了一個芯片，該芯片配備了光量子的微小“傳導路徑”，即波導，它們大約是人類頭發的30分之一。此外，該芯片還包含量子光源，即量子點。瓦倫西亞大學多的Dominik Bühler博士設計了量子芯片，他指出了該技術的速度有多快:“通過使用納米級聲波，我們能夠在芯片上的光子在波導中傳播時，以前所未有的速度在兩個輸出之間直接切換。”

研究人員認為他們的結果是邁向混合量子技術道路上的一個里程碑，因為他們結合了三個不同的量子系統:量子點形式的量子光源、創造的光量子和聲子（聲波中的量子粒子），國際團隊在聲學量子技術方面又邁出了決定性的一步。Mauricio de Lima博士展望未來說:“我們已經在全力改進我們的芯片，這樣我們就可以按照我們的愿望對光子的量子狀態進行編程，甚至可以在四個或更多輸出之間控制幾個不同顏色的光子。”Hubert Krenner教授補充說:“我們能夠從納米聲波的獨特強度中獲益良多。由于這些聲波在芯片表面幾乎無損耗地傳播，我們可以用一個波巧妙地控制幾乎盡可能多的波導，而且精確度極高。”

該研究論文題為"On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons"，已發表在Nature Communications期刊上，主要作者為瓦倫西亞大學多的Dominik Bühler博士。