4/27/2016, 激光和光電子領(lǐng)域重要國(guó)際會(huì)議CLEO今年6月5日到6日在美國(guó)加州San Jose會(huì)展中心舉辦。今年的會(huì)議，量子通信將成為亮點(diǎn)之一。一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)將在會(huì)上介紹他們研發(fā)的首個(gè)時(shí)間箱time-bin糾纏光子頻梳。這一技術(shù)被認(rèn)為是向多通道量子通信和大容量量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵一步。

由Christian Reimer, Michael Kues, Piotr Roztocki等十一人組成的科研團(tuán)隊(duì)在一片芯片上實(shí)現(xiàn)了可以產(chǎn)生多個(gè)頻率的光子糾纏時(shí)間箱，而且光子的頻率在傳統(tǒng)通信光譜內(nèi)。相比其他的量子發(fā)生裝置，糾纏光子不需要大型設(shè)備，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。作者之一的Michael Kues來自加拿大魁北克大學(xué)國(guó)家科學(xué)院，他指出，他們的芯片優(yōu)勢(shì)就在于小巧便宜，而且是工作在多個(gè)通道上的。

在量子通信里，傳統(tǒng)數(shù)字通信的比特被稱為qubits。不同于只能是0或者1的傳統(tǒng)比特，qubits可以同時(shí)是0或者1，這一特性被稱為疊加。為了利用這一效應(yīng)，就要利用被愛因斯坦成為 “spooky action at a distance”的量子糾纏效應(yīng)，也就是對(duì)一個(gè)粒子的測(cè)量會(huì)瞬間影響到另外一個(gè)。

Kues和他的同事們利用光子來實(shí)現(xiàn)qubits,并通過一個(gè)干涉儀同時(shí)發(fā)射兩個(gè)短激光脈沖，實(shí)現(xiàn)糾纏。產(chǎn)生多頻率的原理則是基于小的被稱為微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以基于自發(fā)的混頻form-wave mixing，產(chǎn)生一系列分立頻率上的光子對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)頻梳。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)一個(gè)單光子離開干涉儀時(shí)，它就處在疊加態(tài)，就好像同時(shí)穿過干涉儀的長(zhǎng)臂和短臂一樣。時(shí)間箱的糾纏對(duì)于光子糾纏非常可靠，而且可以實(shí)現(xiàn)光子偏振態(tài)的糾纏。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以影響到光子的偏振態(tài)。

相比其他學(xué)者的研究，魁北克大學(xué)這個(gè)團(tuán)隊(duì)的成就主要是在他們率先實(shí)現(xiàn)了同一芯片上多頻率光子的產(chǎn)生。這一特性可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用和多通道的量子通信，提高量子信息處理的容量。這一芯片還有助于改善量子密鑰的分配，并作為未來量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵部件。

實(shí)驗(yàn)裝置
該項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者，也是加拿大國(guó)家科學(xué)研究院的Roberto Morandotti表示，未來的計(jì)算機(jī)可能同時(shí)是量子態(tài)和常態(tài)的。量子態(tài)可以用于解決一些特殊的難題。雖然現(xiàn)在我們離量子計(jì)算機(jī)還很遠(yuǎn)，但是他們的研究成果是在正確的方向上重要一步。

值得指出的是，這篇文章的作者之一Brent E. Little供職于西安光機(jī)所。他在集成光學(xué)領(lǐng)域有20余年的研究經(jīng)歷，是國(guó)際著名光子集成專家，于2013年全職加入西安光機(jī)所從事光子集成相關(guān)技術(shù)研究。他是微環(huán)諧振腔理論與實(shí)驗(yàn)研究的早期開拓者之一，其關(guān)于微環(huán)上-下話路濾波器的文章迄今已被引用超過1300次。同時(shí)在片上非線性效應(yīng)方面也有諸多建樹，在光參量振蕩、鎖模激光器、多通道糾纏光子對(duì)產(chǎn)生等研究方向上已有十余篇論文發(fā)表在Nature Photonics、Nature Communication 等期刊上。

中科院網(wǎng)站上個(gè)月對(duì)這一成果也進(jìn)行了報(bào)道。http://www.cas.cn/syky/201603/t20160314_4549310.shtml