利用超薄超表面生产量子纠缠光子网

桑迪亚国家实验室和马克斯-普朗克研究所的科学家们已经开发出一种方法，它可以使用比平时简单得多的设置来生产量子纠缠光子网。其关键则是一个厚度只有纸的1/100的精确图案表面，它可以取代一屋子的光学设备。

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量子纠缠是一种听起来非常奇怪的现象，两个粒子通过纠缠来操纵一个粒子的现象可以立即影响其伙伴--无论它们之间的距离有多远。这就构成了量子计算和量子加密等新兴技术的基础。然而问题是，生成纠缠在一起的光子群可能非常棘手，并且通常是通过大型激光器阵列、专门的晶体和其他光学设备来完成。但桑迪亚和马克斯-普朗克团队有一个更简单的设置--超表面。

这些设备的作用有点像透镜，其以一种非常可控的方式操纵通过的光线。但超表面并不是利用它们的曲线和厚度来这样做的，而是被精确地蚀刻了纳米级的结构，以根据手头的任务来改变光线--包括捕获原子--进而在图像中捕捉更清晰的颜色甚至产生全息图。最重要的是，超表面可以在比以往技术小得多的设备中实现。

在这项研究中，该团队的超表面采取了超薄玻璃片的形式，上面覆盖着由半导体材料砷化镓制成的纳米结构。当激光穿过超表面时，一些从另一侧出来的光子会以纠缠对的形式出现。并且不是一次只有一对而是整个纠缠的光子网。该团队称，这通常需要一整个实验室的设备来完成。

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这项研究的首席研究员Igal Brener指出：“当这种多纠缠需要超过两或三对时，它是相当复杂的并有点难以解决。这些非线性超表面基本上在一个样品中实现了这一任务，而在以前，这需要令人难以置信的复杂的光学设置。”

能够一次性诱导光子组中的量子纠缠可能会在量子计算机、加密、通信和光学领域得到广泛应用。不过在这之前，该团队表示，在提高超表面的效率方面还有更多工作要做。

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