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研究人员研制出新型微波激光器 一组研究人员在代尔夫特理工大学的Leo Kouwenhoven领导下研究了一个基于超导电性的基本特性的片上微波激光器，具有交流约瑟夫逊效应。他们的嵌入式中断超导约瑟夫逊结的一小部分，安置在一个精心设计的片上腔上。这种装置可以开辟出很多应用程序，具有最小的功耗微波辐射是这种技术开门的钥匙，例如实现一个可扩展的量子计算机控制系统。  科学家把他们的研究成果发表在最新一期的《科学》杂志上。 激光器具有独特的特性，发射完全同步的相干光的能力。这意味着线宽（对应于颜色）非常窄。典型的激光器是由大量的发射器（原子、分子或半导体载体）组成的。这些常规激光器通常是低效的，并且在激射过程中损耗大量的热量。这使得它们很难在低温环境下运行，例如在操作量子计算机时。 超导约瑟夫逊结点 1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes发现，在非常低的温度下的一些材料，会向超导状态过渡，使电流的流动没有任何能量损失。其中一个最重要的应用是超导约瑟夫逊效应：如果一个很短的屏障中断一块超导体，电子传输会在该通道内以非量子力学的规律通过超导材料。此外，他们在一个非常特定的频率进行这项实验，它可以由外部施加的直流电压实现变化。因此，约瑟夫逊结是一个完美的压光（频率）变换器。 约瑟夫逊结激光器 QuTech的科学家们耦合链接了这样一个单一的约瑟夫逊结，在一个大小如蚂蚁那样的微腔内实现了高品质因数。约瑟夫逊结的特性像一个单个的原子，而腔可以看作两镜微波光。当一个小的直流电压被施加到这个约瑟夫逊结上时，它发出的微波光子在腔的共振频率。光子来回反弹两超导镜之间，并迫使约瑟夫逊结放出更多的光子，并与在腔内光子是同步的。 通过冷却装置降到超低温度（＜1开尔文）和应用DC小电压的约瑟夫逊结，研究人员观察了微波光子发射的激光器输出的相干光束。由于芯片上的激光完全由超导体制成，所以它比以前证明的半导体激光器更节能、更稳定。它采用低于皮瓦功率运行，比一个电灯要轻1000亿倍。 低损耗量子控制 效率高品质好的相干微波光源，在目前的未来量子计算机的设计中是必不可少的。微波脉冲被用来读出和传输信息，纠正错误，访问和控制单个量子元件。虽然目前的微波源是昂贵和低效的，由QuTech制造的约瑟夫森结作为一种高效率的激光源，并是一种易于控制和修改的芯片解决方案。 该研究小组使用可调谐约瑟夫森结进行扩展其设计，这种约瑟夫森结是由纳米线制作而成，允许多量子元件的快速控制微波发射。在未来，这样的设备可能会产生所谓的“振幅压缩”的光，相比传统的激光器其具有较小的强度波动，这对于大多数量子通信协议来说是必不可少的。这项工作标志着大的量子计算系统的控制迈出了重要一步。 原文链接：https://phys.org/news/2017-03-laser.html 关键词： 激光器
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