超表面为量子研究提供新可能性

来自马克斯·普朗克光科学研究所和弗里德里希-亚历山大-埃尔兰根-纽伦堡大学的科学家与桑迪亚国家实验室合作，成功地利用共振超表面在几个不同频率下创造了光子对。

光子是任何形式的电磁辐射（如光）的量子（相互作用中涉及的最小量）。光子对于当前的许多研究领域和技术至关重要，例如量子态工程，这反过来又代表了所有量子光子技术的基石。在量子光子学的帮助下，科学家和工程师正在努力创造新技术，例如用于高度安全的通信通道和新型超级计算机的新加密形式。

量子态工程的关键要求之一是光子对的产生。传统上，这是通过在体光学元件中使用两种非线性效应之一，即自发参数下变频（SPDC）或自发四波混合（SFWM）来实现的。非线性效应导致一个或两个泵浦光子自发衰变成光子对。

泵浦光子穿过共振超表面，并在不同波长下产生纠缠光子对。

然而，这些效应需要对所涉及的光子进行严格的动量守恒。光子必须穿过的任何材料都具有色散特性，从而阻止了动量守恒。有些技术仍然可以实现所需的守恒，但这些技术严重限制了可以产生光子对的状态的多功能性。因此，尽管非线性晶体和波导等传统光学元件已成功产生许多光子量子态，但它们的使用是有限且笨拙的。因此，最近，研究人员研究了所谓的光学超表面。

一个超表面的扫描电子显微照片