科学家实现光子的完全控制踏出通向光子量子网络的第一步

本文摘要：先进设备的纳米结构正在对基于光的量子网络的量子技术展开革新。尼尔斯波尔研究所的研究人员早已研发出有了第一个建构量子网络的简单量子光子电路所必须的基本单元。量子网络的这一较慢发展在科学期刊《大自然》的一篇文章中展开了引人注目表明。 基于光（光子）的量子技术被称作量子光子学，而电子学是以电子为基础。光子（光粒子）和电子在量子水平上的展现出十分有所不同。 量子实体是微观世界中大于单元。例如，光子是光的基本组成部分，电子是电流的基本组成部分。

先进设备的纳米结构正在对基于光的量子网络的量子技术展开革新。尼尔斯波尔研究所的研究人员早已研发出有了第一个建构量子网络的简单量子光子电路所必须的基本单元。量子网络的这一较慢发展在科学期刊《大自然》的一篇文章中展开了引人注目表明。

基于光（光子）的量子技术被称作量子光子学，而电子学是以电子为基础。光子（光粒子）和电子在量子水平上的展现出十分有所不同。

量子实体是微观世界中大于单元。例如，光子是光的基本组成部分，电子是电流的基本组成部分。

电子是所谓的费米子，可以很更容易被分离出来，从而以一次一个电子的形式传导电流。忽略，光子是玻色子，它讨厌挤迫在一起。但是由于基于光子的量子通信的信息是编码在单个的光子内，因此有适当以每次一个的方式来升空和发送到它们。这是光子枪的一个示意图。

量子点（黄色符号）每次升空一个光子（红色波包）。该量子点映射在一个光子晶体结构中，该光子晶体结构通过在半导体材料中转印孔洞（图中黑色圆形符号）而取得。

由于这些孔洞，光子无法在所有方向上升空，而是不能沿着通过省略一些孔洞来构成的波导升空。减少信息容量基于光子的信息有相当大的优势；光子与环境的相互作用十分黯淡——这一点与电子有所不同，所以光子会在路上遗失过于多的能量，因此可以远距离传输。

因此，光子非常适合装载和发给信息，基于光子的量子网络将需要比现有的计算机技术加密更好的信息，而且这些信息会在途中被求救。世界上的许多研究小组正在这一研究领域展开大量的研究，该领域现在发展快速增长，实质上，第一批商业量子光子学产品正在开始生产。掌控光子量子网络的先决条件是需要根据必须来产生单光子流，而尼尔斯玻尔研究所的研究人员顺利地做了这一点。“我们研发出有了一种光子芯片，它就像一把光子枪一样。

该光子芯片由一个十分小的晶体包含，它只有10微米长和160纳米薄。映射在芯片中间的是一个光源，这就是所谓的量子点。用激光太阳光量子点将不会唤起一个电子，该电子然后可以从一个轨道跳出另一个轨道，从而一次收到一个光子。

光子一般来说可以往所有方向升空，但该光子芯片的目的是使所有的光子都通过一个光子波导展开升空，”PeterLodahl说明说道，他是哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所量子光子学研究组组长。经过一个长年而艰难的过程，该研究小组更进一步研发和测试了该光子芯片，直到其超过淋漓尽致效率，PeterLodahl说明说道，令其他们尤其吃惊的是他们甚至可以获得一种以前没有想要过有可能的光子升空的方式。长时间情况下，光子在光子波导中不会沿着两个方向展开传输，但在他们自定义简化的光子芯片中，他们可以超越这种对称性，并使该量子点区分向左和向右升空光子，这意味著可以升空定向光子。

这意味著对光子的几乎掌控，研究者们开始探寻如何基于这项新发现来建构原始的量子网络系统。“这些光子可以通过光纤来展开远距离传输，它们可以完全没损失地通过光纤。

你有可能能创建起一个网络，在该网络中光子将小的量子系统相连在一起，从而使这些小量子系统相连在一起构成一个量子网络——量子互联网，”PeterLodahl说明道。他补足说道，虽然第一个基本功能早已构建，但是现在仅次于的挑战是将其扩展到大型简单的量子网络上。

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