研究人员以非常高的速度控制单个光量子

来自瓦伦西亚、明斯特、奥格斯堡、柏林和慕尼黑的德国和西班牙研究人员团队成功地以极高的精度控制了单个光量子。在NatureCommunications中，研究人员报告了他们如何通过声波以千兆赫频率在两个输出之间来回切换芯片上的单个光子。这种方法在这里首次展示，现在可用于声量子技术或复杂的集成光子网络。

光波和声波构成了现代通信的技术支柱。虽然带有激光的玻璃纤维构成了万维网，但芯片上的纳米级声波以千兆赫频率处理信号，以便在智能手机、平板电脑或笔记本电脑之间进行无线传输。未来最紧迫的问题之一是如何将这些技术扩展到量子系统，以建立安全(即免窃听)的量子通信网络。

“光量子或光子在量子技术的发展中起着非常重要的作用，”负责明斯特和奥格斯堡研究的物理学家HubertKrenner教授说。“我们的团队现在已经成功地在拇指指甲大小的芯片上生成单个光子，然后以前所未有的精度控制它们，通过声波精确计时，”他说。

MauriciodeLima博士在瓦伦西亚大学进行研究并协调那里正在进行的工作，他补充说：“我们芯片的功能原理在传统激光方面为我们所知，但现在，使用光量子，我们已经成功实现人们期待已久的量子技术突破。”

在他们的研究中，研究人员制造了一种芯片，该芯片配备了用于光量子的微小“传导路径”，即所谓的波导。它们比人的头发细约30倍。此外，该芯片还包含量子光源，即所谓的量子点。

明斯特大学的MatthiasWeiß博士进行了光学实验并补充说：“这些量子点只有几纳米大小，是波导内的岛屿，它们以单个光子的形式发射光。量子点包含在我们的芯片中，因此我们不必使用复杂的方法通过其他来源生成单个光子。”

DominikBühler博士，他在攻读博士学位期间设计了量子芯片。在瓦伦西亚大学，指出该技术有多快：“通过使用纳米级声波，我们能够在波导中传播期间以前所未有的速度直接在芯片上的光子在两个输出之间来回切换。”

研究人员认为他们的结果是混合量子技术道路上的一个里程碑，因为他们结合了三种不同的量子系统：量子点形式的量子光源、产生的光量子和声子(声波中的量子粒子)。混合量子芯片由瓦伦西亚大学设计，并使用慕尼黑工业大学生产的量子点在保罗德鲁德固态电子研究所制造，超出了研究团队的预期。

国际团队在声量子技术方面又迈出了决定性的一步。MauriciodeLima博士说：“我们已经全力以赴地增强我们的芯片，以便我们可以根据需要对光子的量子态进行编程，甚至可以在四个或更多输出之间控制具有不同颜色的多个光子。”展望未来。

HubertKrenner教授补充说：“我们受益于我们的纳米级声波具有的独特优势：由于这些波在芯片表面几乎无损耗地传播，我们可以仅用一个单一的信号就可以巧妙地控制我们想要的几乎所有波导波——而且精度极高。”