光子以前所未有的效率在基于芯片的系统上相互作用

为了处理信息，光子必须相互作用。但是，这些微小的光包彼此之间没有任何关系，彼此通过而不会改变彼此。现在，史蒂文斯理工学院的研究人员已经诱使光子以前所未有的效率相互相互作用，这是实现期待已久的用于计算，通信和遥感的量子光学技术的重要进步。

由物理学副教授，量子科学与工程中心主任黄玉平领导的研究小组，通过纳米级芯片使我们更接近了这一目标，该芯片能够以比以前任何系统更高的效率促进光子相互作用。该新方法在Optica的9月18日发行的备忘录中作了报告，该方法在非常低的能量水平下工作，表明可以对其进行优化以在单个光子的水平​​下工作-这是室温量子计算的圣杯。安全的量子通信。

Huang说：“我们正在推动物理和光学工程的界限，以使量子和全光信号处理更接近现实。”

为了实现这一目标，Huang的团队将激光束发射到了赛道状的微腔中，该微腔内刻有一块水晶。当激光在赛道周围反弹时，其受限制的光子彼此相互作用，产生谐波共振，从而引起一些循环光改变波长。

这并不是一个全新的技巧，但是黄和他的同事，包括研究生陈嘉阳和高级研究科学家Yong Meng Sua，通过在绝缘子上使用铌酸锂制成的芯片极大地提高了其效率，这种材料具有独特的制造方法。与光相互作用。与硅不同，铌酸锂很难用常见的反应气体进行化学蚀刻。因此，史蒂文斯(Stevens)的团队使用了一种离子铣削工具，本质上是一种纳米喷砂机，来蚀刻一条细小的赛道，其宽度约为人发宽度的一百分之一。

在定义赛道结构之前，该团队需要施加高压电脉冲以创建经过仔细校准的交替极性或周期性极化的区域，以调整光子在赛道上的移动方式，从而增加它们相互影响的可能性。

Chen解释说，要蚀刻芯片上的跑道并调整光子在芯片上的移动方式，就需要数十个精细的纳米加工步骤，每个步骤都需要纳米精度。“据我们所知，我们是最早掌握所有这些纳米加工步骤以构建该系统的小组之一，这就是我们首先获得此结果的原因。”

展望未来，Huang和他的团队旨在增强水晶跑道限制和再循环光的能力，即Q因子。该团队已经确定了将其Q因子提高至少10倍的方法，但是每一次升级都会使系统对不可察觉的温度波动(几千度)更加敏感，并且需要进行仔细的微调。

史蒂文斯团队仍然说，他们正在关闭一个能够可靠地在单光子级产生相互作用的系统，这一突破将使人们能够创建许多强大的量子计算组件，例如光子逻辑门和纠缠源。一个电路可以同时解决同一个问题的多个解决方案，可以想象，可能需要数年才能完成的计算只需几秒钟即可完成。

Chen说，从那时起我们可能还有一段时间，但是对于量子科学家而言，这一旅程将是激动人心的。该论文的主要作者陈说：“这是圣杯。” “在通往圣杯的路上，我们正在认识到许多以前没有人做过的物理学。”