量子光工程的光明前景

Josiah01

　　计算机通过连接互联网受益匪浅，因此我们可能会问：没有量子互联网，量子计算机有什么用？
　　我们现代互联网的秘密在于数据在长距离传输时能够保持完整，而实现这一点的最佳方式就是使用光子。
　　光子是光的单个单位（“量子”）。与其他量子粒子不同，光子与周围环境的相互作用非常微弱。这种稳定性也使它们非常适合长距离传输量子信息，而这一过程需要在较长时间内保持微妙的纠缠状态。这种光子可以通过多种方式产生。
　　一种可能的方法是利用晶体中的原子级缺陷（量子缺陷）来产生具有明确定义的量子态的单光子。
　　经过数十年的优化，光纤电缆已经能够以极低的损耗传输光子。然而，这种低损耗传输仅适用于波长范围较窄的光，即所谓的“电信波长带”。
　　识别产生这些波长光子的量子缺陷已被证明是困难的。加州大学圣巴巴拉分校工程学院的研究人员进行了研究以了解其原因，并在《APL Photonics》杂志上发表的论文《基于缺陷的高效量子发射器的合理设计》中描述了他们的研究结果。
　　加州大学圣塔芭芭拉分校材料学教授克里斯·范德瓦尔说：“原子总是在振动，而这些振动会消耗光子发射源的能量。因此，缺陷不但不能发射光子，反而可能导致原子振动，从而降低光发射效率。”
　　Van de Walle 的研究小组开发了理论模型来捕捉原子振动在光子发射过程中的作用，并研究了各种缺陷特性在决定效率程度中的作用。
　　他们的研究解释了为什么当发射波长从可见光波长（紫色到红色）增加到电信波段的红外波长时，单光子发射效率会急剧下降。该模型还使研究人员能够确定更亮、更高效的发射器设计技术。
　　“谨慎选择主体材料和进行振动特性的原子级工程是克服低效率的两种有前途的方法，”范德瓦勒实验室的博士后研究员、美国国家科学基金会加州大学圣巴巴拉分校量子铸造厂的研究员、该项目的首席研究员马克图里安斯基 (Mark Turiansky) 说。
　　另一种解决方案涉及耦合到光子腔，这种方法受益于另外两个 Quantum Foundry 附属机构的专业知识：计算机工程教授 Galan Moody 和 Moody 实验室的研究生 Kamyar Parto。
　　该团队希望他们的模型及其提供的见解将有助于设计为未来量子网络提供动力的新型量子发射器。