华人科学家将光子源效率提高了100倍，希望实现量子笔记本电脑

光子盒研究院出品

大多数专家都认为量子计算机将是一项颠覆性的技术，但前提是找到一个快速、高效的纠缠光子源，以此来进行信息传输。

考虑到这一点，斯蒂文斯理工学院的研究人员制造出一种基于芯片的光子源，其效率是以前的100倍，从而使大规模量子设备集成变得触手可及。Gallagher物理学副教授、量子科学与工程中心主任Yuping Huang说：“我们是第一个在实践中证明这一点的人。”

那么，这个团队是如何创造光子对的呢？

为了创造光子对，研究人员会将光捕获在精心雕刻的纳米级微腔中；当光在空腔内循环时，其光子共振并分裂成纠缠对。但这样的系统效率极低，需要一束包含数亿个光子的入射光，才能让单个纠缠的光子对勉强从另一端传出。

而现在，研究人员已开发出一种新的基于芯片的光子源，其效率是以前任何设备的100倍，可以从一束微瓦功率的激光束中每秒创建数千万个纠缠光子对。

Huang在22日的《物理评论快报》发表了他的相关研究成果，并称，“这对量子通信来说是一个巨大的里程碑。”

Huang与斯蒂文斯的研究生Zhaohui Ma和Jiayang Chen合作，在实验室先前的研究基础上，将极高质量的微腔雕刻成铌酸锂晶体薄片。跑道形状的空腔在内部反射光子，能量损失很小，使光能够循环更长的时间并以更高的效率相互作用。

通过微调温度等其他因素，该团队能够创造出前所未有的超亮纠缠光子对源。

器件设计与表征

该团队也在进一步完善这一工艺，试图建立一个可以将单个入射光子转化为一对纠缠的出射光子的系统，在此过程中几乎不会浪费能量。Chen表明，“这绝对是可以实现的。目前我们只需要逐步地改进技术。同时，我们也在寻求使用其光子源来驱动逻辑门和其他量子计算或通信组件的方法。”

Huang对当前的技术现状解释说：“因为这项技术已经是基于芯片的，我们准备通过集成其他无源或有源光学元件来扩大规模。最终目标是使量子设备高效、廉价地运行，从而可以集成到主流电子设备中。我们正在努力实现这一目标，有朝一日，孩子们可以将量子笔记本电脑装在背包里。”

Huang的研究成果向世人证明，不只是麻省理工学院、加州理工学院和滑铁卢大学等知名大学会对量子信息科学的发展产生影响，而一些规模较小、知名度不高的高校（比如斯蒂文斯理工学院）也将占有一席之地。

关于Yuping Huang

Yuping Huang，2004年毕业于中国科学技术大学，2009年获得密歇根州立大学博士，现为斯蒂文斯理工学院Gallagher物理学副教授、量子科学与工程中心主任，重点研发可大规模生产的、高度集成的、交钥匙的和室温量子器件。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.263602

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。