據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，德國研究人員研發(fā)出一種新型光子晶體諧振器，他們認為這種諧振器非常適合構建量子網(wǎng)絡。

光子晶體諧振器

位于德國加爾興（Garching）的馬克斯·普朗克量子光學研究所（MPQ）和慕尼黑工業(yè)大學（TUM）合作制造了摻鉺硅晶體，并發(fā)現(xiàn)利用它可以發(fā)射波長為1536 nm的單光子。

單光子發(fā)射源被視為量子加密光網(wǎng)絡的關鍵組件，因為如果鏈路被攔截，光子的物理特性總是會被改變——因此任何對鏈路的黑客攻擊都會讓數(shù)據(jù)變得無法使用。

單光子發(fā)射源還可以用于未來的量子網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)多個量子計算機之間的計算。

這項研發(fā)是在同一團隊早期工作的基礎上進行的，該團隊使用500℃的相對較低溫度將單個鉺原子嵌入晶體硅中，以確保大量鉺原子不會在硅晶格中聚集在一起。

Andreas Reiserer及其同事在《Optica》期刊上詳細介紹了最新的實驗結果，他們在論文中寫道，盡管硅中單個鉺摻雜劑在量子網(wǎng)絡方面的前景此前已被認可，但其與光子晶體諧振器的集成此前尚未得到證實。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)證明，可以解析硅中的單個鉺摻雜劑，并且可以使用納米光子諧振器增強它們的發(fā)射。”該團隊在總結中表示，“這為長距離量子網(wǎng)絡的實施提供了巨大的希望。”

結合已知的實現(xiàn)量子糾纏的方法，該團隊相信最新進展將使硅中的鉺摻雜劑成為大規(guī)模量子計算和通信網(wǎng)絡的主要候選者。

在馬克斯·普朗克量子光學研究所的一份新聞稿中，Andreas Reiserer和同事解釋說，他們的摻鉺諧振器與傳統(tǒng)設計不同，因為它沒有任何反射鏡。

使用晶體硅中規(guī)則的納米級孔圖案代替反射鏡。這意味著整個諧振器的長度只有幾微米，并且只包含幾十個鉺原子。

然后將該納米光子結構耦合到光纖，以允許對釷原子進行激光激發(fā)。該團隊的Andreas Gritsch解釋說：“通過這種方式，我們能夠實現(xiàn)具有所需特性的單個光子發(fā)射。”

Andreas Reiserer評論道：“事實上，這在晶體硅中是可能的，這為實現(xiàn)量子網(wǎng)絡提供了額外的機會，因為這種材料幾十年來一直用于生產(chǎn)經(jīng)典的半導體器件。這意味著對于量子技術應用，例如量子網(wǎng)絡的構建，也可以生產(chǎn)高質量和高純度的硅晶體。”

新設計的另一個優(yōu)點是，它不僅可以在絕對零度時工作，而且可以在相對較高的溫度下（至少在量子世界中）8 K下工作。

“不同的溫度在實踐中產(chǎn)生了很大的不同。”Andreas Reiserer說，“因為這樣的溫度在技術上很容易通過在低溫恒溫器中用液氦冷卻來實現(xiàn)。”

該特性預計將有助于為納米光子系統(tǒng)的實際應用鋪平道路。該團隊預計，處理敏感個人數(shù)據(jù)或機密信息的金融機構、醫(yī)療機構或政府機構會對此感興趣。

該團隊還解釋說：“雖然今天即使是最好的加密也不能保證完全的安全，但是量子網(wǎng)絡將提供完美的數(shù)據(jù)保護：一旦竊聽者試圖攔截準備好的光子傳輸?shù)男畔ⅲ淞孔犹匦跃蜁G失，數(shù)據(jù)就會變得無法使用。”

審核編輯：劉清