| cyqdesign | 2019-02-27 15:19 |
不同颜色的光子纠缠通过精心设计微米级环形谐振器的几何结构，NIST的研究人员产生了成对的纠缠光子（光粒子），它们具有两种截然不同的颜色或波长。泵浦激光器发射（谐振器中的紫色区域）的光在每对中产生一个可见光波段的光子（谐振器内和周围的红色斑点）; 另一个光子的波长在光谱的通信（近红外）波段（蓝色斑点）。从量子通信的角度来看，这些配对结合了光学电路中两者的优点：可见光可以与被捕获的原子，离子或其他作为计算机内存的量子版本的系统相互作用，而每对中在通信波段的一个光子可以通过光纤网络进行长距离传输。  图片来源：S. Kelley / NIST 目前正在开发的一些最先进的通信系统依赖于量子科学的特性来存储和传输信息。然而，研究人员在设计依赖于光而不是电流来传输信息的量子通信系统时面临着一个难题：存储和处理量子信息的光学组件通常需要可见光光子（光粒子）来操作。然而，只有波长大约长10倍的近红外光子才能在数公里的光纤上传输这些信息。 现在，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已经开发出一种解决这一问题的新方法。该团队首次使用可以大规模生产的基于芯片的光学元件创建了由一个可见光和一个近红外光子组成的量子相关对。这些光子对结合了两者的优点：可见光可以与被捕获的原子，离子或其他系统相互作用，这些系统充当计算机存储器的量子版本，而每对的近红外成员可以通过光纤进行自由地长距离传输。 该成就有望提高基于光的电路，将信息安全地传输到远方的能力。美国国家标准与技术研究院的研究人员Xiyuan Lu，Kartik Srinivasan和他们在马里兰大学纳米中心的同事，使用一对特定的可见光和近红外光子证明了量子相关，即所谓的纠缠。然而，研究人员的设计方法可以很容易地应用于创建许多其他可见光/近红外线对，以匹配特定的感兴趣的系统。而且，产生缠结的微型光学元件也大量制造。 最近，Lu，Srinivasan和他们的同事在Nature Physics上描述了他们的工作。 量子纠缠是量子力学的一个更具有违反直觉的特性之一，当两个或多个光子或其他粒子以某种方式在本质上相互关联着而表现得像一个整体。测量一个纠缠粒子的量子态，会自动确定另一个的状态，即使这两个粒子位置相对。纠缠是许多量子信息方案的核心，包括量子计算和加密。 在许多情况下，缠绕的两个光子具有相似的波长或颜色。但美国国家标准与技术研究院的研究人员故意创造奇数对光子 – 纠缠发生在颜色非常不同的光子之间。 Srinivasan说：“我们希望将可见光光子连接在一起，这些光子有利于在原子系统中存储信息，而通信光子则处于近红外，能够低信号损耗地进行光纤传输。” 为了使光子适合与大多数量子信息存储系统进行交互，该团队还需要使光在特定波长处达到峰值，而不是具有更宽，更弥散的分布。 为了创造纠缠对，该团队构建了一个专门定制的光学“耳语廊” - 一个纳米尺寸的氮化硅谐振器，它可以将光线引导到一个小小的轨道上，类似于声波在伦敦的圣保罗大教堂弯曲的墙壁（如圆顶）周围畅通无阻地传播的方式。在这种被称为声学耳语廊的弯曲结构中，站在墙壁一边附近的人容易听到从墙的另一边传来的微弱声音。 当选定波长的激光进入到谐振器中时，可见光和近红外光子纠缠对就出现了。（实验中使用的特定纠缠类型，称为时间-能量纠缠，将光子对的能量与它们产生的时间联系起来。） “我们提出了如何设计这些低语廊谐振器，以产生大量的我们想要的具有背景噪音很小、没有额外光的光子对，”Lu说。研究人员证实，即使在通信光子穿过数公里的光纤之后，纠缠仍然存在。 将来，通过将两个纠缠对与两个量子存储器组合，光子对中固有的纠缠可以转移到量子存储器。这种被称为纠缠交换的技术允许存储器在比通常可能的更长的距离上彼此纠缠。 “我们的贡献是找到了一种能够实现这种长距离纠缠的量子光源。”Srinivasan说。 日期：2019年2月25日 引源：国家标准与技术研究所(NIST) 原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190225170254.htm，实验帮译。 |
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