纳米机械单光子路由器

哥本哈根大学的研究人员开发了一种纳米组件，它可以发射携带量子信息的光粒子。这个微型组件不到人类头发宽度的十分之一，它可以扩大规模，最终达到量子计算机或量子互联网所需的功能。研究结果（Optica，“纳米机械单光子路由器”）使丹麦在量子竞赛中处于领先地位。

世界各地的团队正在努力开发量子技术。哥本哈根大学尼尔斯-玻尔研究所混合量子网络中心（Hy-Q）的研究人员的重点是开发基于光电路的量子通信技术，即纳米光子电路。哥本哈根大学的研究人员现在取得了重大进展。

“这是一个真正重要的结果，尽管组件非常微小，”助理教授Leonardo Midolo说，他在过去五年里一直致力于实现这一突破。

研究小组发明了一种称为纳米机械路由器的组件，它可以发射由光粒子（光子）携带的量子信息，并将它们传送到光子芯片内的不同方向。光子芯片就像计算机的微芯片——只是它们使用光而不是电子。该组件融合了纳米光力学和量子光子学，这两个领域的研究迄今为止从未结合过。

研究小组发明了一种称为纳米机械路由器的组件，它可以发射由光粒子（光子）携带的量子信息，并将它们传送到光子芯片内的不同方向。光子芯片就像计算机的微芯片——只是它们使用光而不是电子。这个组件融合了纳米光力学和量子光子学，这两个领域的研究至今还没有被结合起来过。最引人注目的是，它的尺寸仅相当于人类头发的十分之一。正是这种微型尺寸使得它在未来的应用中很有前景。

“将纳米力学和量子光子学的世界结合起来是一种扩大量子技术的方法。在量子物理学中，尺度系统一直是一个挑战。到目前为止，我们已经能够发射出单个光子。然而，要用量子物理做更先进的事情，我们需要扩大系统规模，这就是本发明所允许的。要建造量子计算机或量子互联网，你不是一次只需要一个光子，而是同时需要大量的光子，你可以相互连接，”Leonardo Midolo解释说。

为了利用量子力学定律，例如构建量子计算机或量子互联网，许多纳米机械路由器必须集成在同一芯片中。大约50个光子需要有足够的能量来达到所谓的“量子至上”。

根据midolo的说法，新的纳米机械路由器使这成为一个现实的目标：“我们已经计算出，我们的纳米机械路由器已经可以扩展到10个光子，并且通过进一步的增强，它应该能够达到达到‘量子至上’所需的50个光子。”

本发明在控制芯片中的光方面也是一个重大的飞跃。由于设备占用空间大，现有技术仅允许少数路由器集成到单个芯片上。相反，纳米机械路由器非常小，以至于几千个可以集成在同一个芯片中。

“我们的组件非常高效。这一切都是为了能够同时发射尽可能多的光子，而不会损失其中的任何一个。目前还没有其他技术能做到这一点，” Leonardo Midolo说。

这项研究是在尼尔斯玻尔研究所的量子光子学小组进行的，该小组是新成立的混合量子网络中心（Hy-Q）的一部分。

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52657.php