據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，德國研究人員研發(fā)出一種新型光子晶體諧振器，他們認(rèn)為這種諧振器非常適合構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)。

光子晶體諧振器

位于德國加爾興（Garching）的馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所（MPQ）和慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）合作制造了摻鉺硅晶體，并發(fā)現(xiàn)利用它可以發(fā)射波長為1536 nm的單光子。

單光子發(fā)射源被視為量子加密光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件，因?yàn)槿绻溌繁粩r截，光子的物理特性總是會(huì)被改變——因此任何對鏈路的黑客攻擊都會(huì)讓數(shù)據(jù)變得無法使用。

單光子發(fā)射源還可以用于未來的量子網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)量子計(jì)算機(jī)之間的計(jì)算。

這項(xiàng)研發(fā)是在同一團(tuán)隊(duì)早期工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，該團(tuán)隊(duì)使用500℃的相對較低溫度將單個(gè)鉺原子嵌入晶體硅中，以確保大量鉺原子不會(huì)在硅晶格中聚集在一起。

Andreas Reiserer及其同事在《Optica》期刊上詳細(xì)介紹了最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們在論文中寫道，盡管硅中單個(gè)鉺摻雜劑在量子網(wǎng)絡(luò)方面的前景此前已被認(rèn)可，但其與光子晶體諧振器的集成此前尚未得到證實(shí)。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)證明，可以解析硅中的單個(gè)鉺摻雜劑，并且可以使用納米光子諧振器增強(qiáng)它們的發(fā)射?！痹搱F(tuán)隊(duì)在總結(jié)中表示，“這為長距離量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施提供了巨大的希望?！?/p>

結(jié)合已知的實(shí)現(xiàn)量子糾纏的方法，該團(tuán)隊(duì)相信最新進(jìn)展將使硅中的鉺摻雜劑成為大規(guī)模量子計(jì)算和通信網(wǎng)絡(luò)的主要候選者。

在馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所的一份新聞稿中，Andreas Reiserer和同事解釋說，他們的摻鉺諧振器與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，因?yàn)樗鼪]有任何反射鏡。

使用晶體硅中規(guī)則的納米級孔圖案代替反射鏡。這意味著整個(gè)諧振器的長度只有幾微米，并且只包含幾十個(gè)鉺原子。

然后將該納米光子結(jié)構(gòu)耦合到光纖，以允許對釷原子進(jìn)行激光激發(fā)。該團(tuán)隊(duì)的Andreas Gritsch解釋說：“通過這種方式，我們能夠?qū)崿F(xiàn)具有所需特性的單個(gè)光子發(fā)射。”

Andreas Reiserer評論道：“事實(shí)上，這在晶體硅中是可能的，這為實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)提供了額外的機(jī)會(huì)，因?yàn)檫@種材料幾十年來一直用于生產(chǎn)經(jīng)典的半導(dǎo)體器件。這意味著對于量子技術(shù)應(yīng)用，例如量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，也可以生產(chǎn)高質(zhì)量和高純度的硅晶體?！?/p>

新設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它不僅可以在絕對零度時(shí)工作，而且可以在相對較高的溫度下（至少在量子世界中）8 K下工作。

“不同的溫度在實(shí)踐中產(chǎn)生了很大的不同。”Andreas Reiserer說，“因?yàn)檫@樣的溫度在技術(shù)上很容易通過在低溫恒溫器中用液氦冷卻來實(shí)現(xiàn)?！?/p>

該特性預(yù)計(jì)將有助于為納米光子系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用鋪平道路。該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，處理敏感個(gè)人數(shù)據(jù)或機(jī)密信息的金融機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)或政府機(jī)構(gòu)會(huì)對此感興趣。

該團(tuán)隊(duì)還解釋說：“雖然今天即使是最好的加密也不能保證完全的安全，但是量子網(wǎng)絡(luò)將提供完美的數(shù)據(jù)保護(hù)：一旦竊聽者試圖攔截準(zhǔn)備好的光子傳輸?shù)男畔?，其量子特性就?huì)丟失，數(shù)據(jù)就會(huì)變得無法使用。”

審核編輯：劉清