新型納米光子電路顯示量子網絡潛力

科技日報北京8月4日電（記者張夢然）美國普渡大學團隊將堿金屬原子（銫）捕獲在集成光子電路中，可充當光子（光的最小能量單位）的晶體管。這些被“捉”到的原子，首次展示了冷原子集成納米光子電路構建量子網絡的潛力。研究成果發表在最新一期《物理評論X》上。

研究人員正在做實驗。
圖片來源：美國普渡大學

新開發的技術利用激光冷卻并捕獲了集成納米光子電路中的原子。光在一條細小的光子“線”（比人類發絲的1/200還細的波導）中傳播。這些原子被凍結到零下273.15攝氏度，基本上處于靜止狀態。在這種低溫下，原子可被瞄準光子波導的牽引光束捕獲，并被放置在比光的波長短得多的距離上（大約300納米）。在這個距離內，原子可非常有效地與光子波導中的光子“互動”。

利用最先進的納米制造儀器，團隊將光子波導設計成直徑約為30微米的圓形結構，形成所謂的微環諧振器。光將在微環諧振器內循環，并與被捕獲的原子相互作用。

這種原子耦合微環諧振器就像光子的晶體管。人們可使用這些被“捉”到的原子來控制光通過電路的流動。如果原子處于正確的狀態，光子就可通過電路傳輸。如果原子處于另一種狀態，光子就會被完全阻擋。原子與光子的相互作用越強，這個通過和阻擋的“門”就越有效。

團隊捕獲了多達70個原子，讓它們全部耦合到光子并在集成光子芯片上控制它們的傳輸，這些原子實現了“集體”高強度與光相互作用。

這一研究結果可為未來基于中性原子的分布式量子計算提供光子鏈路。還可作為研究光物質相互作用或超冷分子的新實驗平臺。

就像劃船一樣，與不同步運動相比，當所有人同步劃船時，船的移動速度更快。這是科學家致力于讓原子集體與光子波導上的光相互作用的原因。在這一成果基礎上，科學家將構建出第一個納米光子平臺，以實現近年來理論家提出的所謂“選擇性輻射”，提高量子系統中光子存儲的保真度，為量子網絡的進一步實用鋪路。