科學(xué)家研制出了首塊單光子路由器

　　據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)8月22日報道，瑞典和西班牙科學(xué)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(nèi)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(xué)家們表示，這種單光子路由器未來能作為量子信息網(wǎng)絡(luò)中的量子節(jié)點，為其提供基本的數(shù)據(jù)處理和路由。

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

　　相比于電子，對光子進(jìn)行控制和引導(dǎo)更加困難，這主要是因為光子不像電子那樣擁有強(qiáng)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(shù)據(jù)，光子“天生”能比原子等其他量子系統(tǒng)行進(jìn)更遠(yuǎn)的距離，因此，在量子信息網(wǎng)絡(luò)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(xué)家們使用一個超導(dǎo)量子位(量子計算機(jī)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(xué)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(jìn)。隨后，科學(xué)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(qiáng)烈的控制脈沖。如果沒有這束強(qiáng)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(jìn)到輸出端口1。當(dāng)這束強(qiáng)烈的控制脈沖出現(xiàn)時，它會引起電磁誘導(dǎo)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(dǎo)致光子旅行到輸出端口2。采用這種方式，科學(xué)家能將入射光子引導(dǎo)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(dá)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(jìn)行擴(kuò)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(jī)網(wǎng)絡(luò)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(xué)家使用同束光線進(jìn)行更多實驗。