新型納米光子電路顯示量子網(wǎng)絡(luò)潛力
來源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2024-08-06 13:56
研究人員正在做實(shí)驗(yàn)。圖片來源：美國普渡大學(xué)
美國普渡大學(xué)團(tuán)隊(duì)將堿金屬原子（銫）捕獲在集成光子電路中，可充當(dāng)光子（光的最小能量單位）的晶體管。這些被“捉”到的原子，首次展示了冷原子集成納米光子電路構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的潛力。研究成果發(fā)表在最新一期《物理評(píng)論X》上。
新開發(fā)的技術(shù)利用激光冷卻并捕獲了集成納米光子電路中的原子。光在一條細(xì)小的光子“線”（比人類發(fā)絲的1/200還細(xì)的波導(dǎo)）中傳播。這些原子被凍結(jié)到零下273.15攝氏度，基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)。在這種低溫下，原子可被瞄準(zhǔn)光子波導(dǎo)的牽引光束捕獲，并被放置在比光的波長短得多的距離上（大約300納米）。在這個(gè)距離內(nèi)，原子可非常有效地與光子波導(dǎo)中的光子“互動(dòng)”。
利用最先進(jìn)的納米制造儀器，團(tuán)隊(duì)將光子波導(dǎo)設(shè)計(jì)成直徑約為30微米的圓形結(jié)構(gòu)，形成所謂的微環(huán)諧振器。光將在微環(huán)諧振器內(nèi)循環(huán)，并與被捕獲的原子相互作用。
這種原子耦合微環(huán)諧振器就像光子的晶體管。人們可使用這些被“捉”到的原子來控制光通過電路的流動(dòng)。如果原子處于正確的狀態(tài)，光子就可通過電路傳輸。如果原子處于另一種狀態(tài)，光子就會(huì)被完全阻擋。原子與光子的相互作用越強(qiáng)，這個(gè)通過和阻擋的“門”就越有效。
團(tuán)隊(duì)捕獲了多達(dá)70個(gè)原子，讓它們?nèi)狂詈系焦庾硬⒃诩晒庾有酒峡刂扑鼈兊膫鬏?，這些原子實(shí)現(xiàn)了“集體”高強(qiáng)度與光相互作用。
這一研究結(jié)果可為未來基于中性原子的分布式量子計(jì)算提供光子鏈路。還可作為研究光物質(zhì)相互作用或超冷分子的新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
就像劃船一樣，與不同步運(yùn)動(dòng)相比，當(dāng)所有人同步劃船時(shí)，船的移動(dòng)速度更快。這是科學(xué)家致力于讓原子集體與光子波導(dǎo)上的光相互作用的原因。在這一成果基礎(chǔ)上，科學(xué)家將構(gòu)建出第一個(gè)納米光子平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)近年來理論家提出的所謂“選擇性輻射”，提高量子系統(tǒng)中光子存儲(chǔ)的保真度，為量子網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步實(shí)用鋪路。（張夢(mèng)然）
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