科學家研制出首塊單光子路由器

?

　　據美國物理學家組織網8月22日報道，瑞典和西班牙科學家聯(lián)合研制出首塊在單光子層面工作的路由器，其由一個“人造原子”制成，他們還成功演示了內嵌于一條傳輸線中的該路由器如何將單個光子從一個輸入端口運送至兩個輸出端口中的一個?？茖W家們表示，這種單光子路由器未來能作為量子信息網絡中的量子節(jié)點，為其提供基本的數據處理和路由。

　　瑞典查爾姆斯理工大學的物理學家佩爾·戴辛和克里斯·威爾遜領導的科研團隊與西班牙國家研究委員會的科學家攜手完成了這項研究，結果發(fā)表在《物理學評論快報》雜志上。

　　相比于電子，對光子進行控制和引導更加困難，這主要是因為光子不像電子那樣擁有強烈的相互作用，因此，目前的路由器大多使用電子。然而，量子隧道的一個重要要求是粒子能在長距離上分發(fā)數據，光子“天生”能比原子等其他量子系統(tǒng)行進更遠的距離，因此，在量子信息網絡中用光子做信息載體效果更好。

　　為了建立這個單光子路由器，科學家們使用一個超導量子位(量子計算機中的最小信息單位)作為“人造原子”(盡管這個量子位實際上由幾個原子組成，但它擁有離散的能量狀態(tài)，像真正的單個原子)。接著，科學家們將這個量子位耦合到一個一維的傳輸線上，微波光子能夠沿著這個傳輸線行進。隨后，科學家們在其上持續(xù)施加一個微弱的光子探針，有時候也補充一個更強烈的控制脈沖。如果沒有這束強烈的控制脈沖，人造原子會反射入射的光子，入射光子會行進到輸出端口1。當這束強烈的控制脈沖出現(xiàn)時，它會引起電磁誘導透明(EIT)現(xiàn)象，致使原子對這束微弱的探測光束變得透明，導致光子旅行到輸出端口2。采用這種方式，科學家能將入射光子引導到兩個輸出端口中的一個。

　　戴辛表示，這是首塊在單光子層面工作的路由器，且其消光效率可達99.6%，這表明，光子可有效地耦合到路由器上并被很好地控制。而且，其切換時間(入射光子從一個端口切換到另一個端口的時間)僅為幾納秒。另外，這種路由器很容易進行擴展，以使其具有更多輸出端口，這一點對它用作量子點必不可少。

　　戴辛指出，除了主要運用于未來的量子計算機網絡中，這種路由器對于研究也非常有用，例如，可用來將單光子源的光子分發(fā)到同一塊芯片上的幾個實驗中，讓科學家使用同束光線進行更多實驗。