最新！研究人员开始能够高速控制单个光量子

来自巴伦西亚、明斯特、奥格斯堡、柏林和慕尼黑(Valencia, Münster, Augsburg, Berlin and Munich)的德国和西班牙研究人员组成的团队已经成功地将单个光量子控制到极高的精确度。研究人员首次揭示了他们是如何通过声波在芯片上的两个千兆赫(gigahertz)频率输出之间来回切换单个光子的，这个方法现在可以用于声学量子技术或复杂的集成光子网络。相关研究结果已经发表在Nature Communications杂志上。

光波和声波构成了现代通信的技术支柱。玻璃纤维和激光形成了万维网，而芯片上的纳米级声波处理千兆赫频率的信号，用于智能手机、平板电脑或笔记本电脑之间的无线传输。未来最紧迫的问题之一是如何将这些技术扩展到量子系统，以建立安全的量子通信网络。

“光量子或光子在量子技术的发展中扮演着非常核心的角色，”领导这项研究的物理学家 Hubert Krenner教授说，“我们团队现在已经成功地在一个缩略图大小的芯片上产生单个光子，然后以前所未有的精确度控制它们，并通过声波精确计时。”在他们的研究中，研究人员制作了一个芯片，该芯片配备了光量子的微小“传导路径”，即波导，它们大约是人类头发的30分之一。此外，该芯片还包含量子光源，即量子点。瓦伦西亚大学多的Dominik Bühler博士设计了量子芯片，他指出了该技术的速度有多快:“通过使用纳米级声波，我们能够在芯片上的光子在波导中传播时，以前所未有的速度在两个输出之间直接切换。”

研究人员认为他们的结果是迈向混合量子技术道路上的一个里程碑，因为他们结合了三个不同的量子系统:量子点形式的量子光源、创造的光量子和声子（声波中的量子粒子），国际团队在声学量子技术方面又迈出了决定性的一步。Mauricio de Lima博士展望未来说:“我们已经在全力改进我们的芯片，这样我们就可以按照我们的愿望对光子的量子状态进行编程，甚至可以在四个或更多输出之间控制几个不同颜色的光子。”Hubert Krenner教授补充说:“我们能够从纳米声波的独特强度中获益良多。由于这些声波在芯片表面几乎无损耗地传播，我们可以用一个波巧妙地控制几乎尽可能多的波导，而且精确度极高。”

该研究论文题为"On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons"，已发表在Nature Communications期刊上，主要作者为瓦伦西亚大学多的Dominik Bühler博士。