超表面为量子研究提供新可能性

超表面是由纳米谐振器阵列组成的超薄平面光学器件。它们的亚波长厚度（几百纳米）使它们有效地成为二维的。这使得它们比传统的笨重的光学设备更容易处理。更重要的是，由于厚度较小，光子的动量守恒被放宽，因为光子必须穿过比传统光学器件少得多的材料：根据不确定性原理，空间限制导致未定义的动量。这允许以可比的效率发生多个非线性和量子过程，并为使用许多在传统光学元件中不起作用的新材料打开了大门。

出于这个原因，也由于超表面比笨重的光学元件更紧凑且更易于处理，因此作为量子实验的光子对的来源，超表面正在成为人们关注的焦点。此外，超表面可以同时变换几个自由度的光子，例如偏振，频率和路径。

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Tomás Santiago-Cruz和Maria Chekhova与新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的Igal Brener研究小组合作，现在已经迈出了实现这一目标的新一步。在最近发表在《科学》杂志上的一篇论文中，契诃夫和她的同事们首次展示了超表面如何产生两个不同波长的光子对。

此外，一定波长的光子可以同时与两个或多个不同波长的光子配对。通过这种方式，可以在不同颜色的光子之间创建多个链接。此外，与相同厚度的均匀光源相比，超表面的共振使光子发射速率提高了几个数量级。Tomás Santiago-Cruz认为，超表面将在未来的量子研究中发挥关键作用：“超表面正在引领量子光学的范式转变，将超小的量子光源与量子态工程的深远可能性相结合。

将来，这些特征可以用来构建量子计算所需的非常大的复杂量子态。此外，超表面的纤薄轮廓及其多功能操作使得能够开发更先进的紧凑型器件，将量子态的产生，转换和检测相结合。玛丽亚·契诃夫（Maria Chekhova）对他们的研究所走的道路感到兴奋：“我们光子的来源变得越来越小，而与此同时，它们的可能性却越来越广泛。

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