科學家制作超高精度微腔 為量子計算機鋪墊

　　來自阿斯頓大學和機械與光學大學的研究人員展示了一種前所未有的制作光學諧振腔的新方法，其制作精度要小于一個氫原子的直徑，這個尺寸比目前同類設備目前的制作精度還要小100倍。利用此精度的制作方法，可創(chuàng)造的微諧振器可以使研究人員開發(fā)出更復雜的光路并允許工程師使用它用于光的長期信息存儲。

　　在這項已發(fā)表于《光學快報》雜志上的研究中，MichaelSumetsky和NikitaToropov描述了以這種方式制作的瓶狀諧振器，它們之間的尺寸差異不超過0.17埃。這種大小的變化比氫原子的直徑還要小10倍，小于一個納米的100倍。相比之下，目前的微諧振器的制造精度仍在納米測量。這種制造精度的飛躍，可以顯著提高未來的光學器件的效率。

　　光子沒有靜止的質(zhì)量，據(jù)說只有在運動中存在。這是利用光進行信息存儲的主要障礙之一。不能使光子停止。然而，由光子攜帶的數(shù)據(jù)流是有可能被延遲的，例如通過一系列的為微靜電諧振器進行捕獲光束。

　　一個瓶狀的微諧振器是一個微小的增厚的光纖。在這樣的微信號的延遲是由于“回音壁”效應：一旦光在微諧振器里面，光波就會在壁上發(fā)生反射并開始循環(huán)。由于微諧振器的球形形態(tài)，光可以運行相當長的時間，大大減緩了光子從一個諧振腔到另一個沿光纖諧振腔的運動時間。

　　光的方向可以通過改變微諧振器的形狀和大小進行調(diào)節(jié)。然而，在這些參數(shù)中的任何變化都必須是非常微妙和精確的，因為即使它的表面上的最輕微的缺陷，也會使得光束發(fā)生破壞。“當光傳輸很長一段時間后，它開始影響到光的本身，”MichaelSumetsky說。“如果在微諧振器的制造過程中發(fā)生錯誤，我們將會失去了對系統(tǒng)的控制。這就是為什么有兩個要求，必須滿足：微諧振器的尺寸最小偏差和低的光損耗。我們研究中的這種微諧振器恰好符合。”

　　值得注意的是，這個技術不是基于任何現(xiàn)有的方法，而是創(chuàng)建一個完全新的諧振器的方法。“我們不打算改進任何現(xiàn)有的技術，而是利用我們自己的方式進行制作，”NikitaToropov說。“我的合著者Sumetsky教授，值得把這一成就歸功于他。幾年前，他創(chuàng)造了一種制作微諧振器電路的新的技術平臺，稱為SNAP(表面納米級軸向光子學)。”

　　SNAP方法的本質(zhì)在于通過激光控制引入不均勻性到纖維表面。這種激光不會熔化纖維是至關重要的，但通過褪火去除內(nèi)部的冷卻應力。當這些應力消失，纖維會發(fā)生一點膨脹，微諧振器就會形成。

　　這種新技術的一個重要的優(yōu)點是它的簡單性。“我們的技術不需要真空，實際上幾乎是免費的一種‘加濕’的過程，這大大降低了成本。但最重要的是，這是邁向全光器件，將提高數(shù)據(jù)傳輸和處理的質(zhì)量和提高能源效率的一步，”NikitaToropov說。

　　根據(jù)研究人員的說法，用輸入光到拉成錐形的光纖腔纖維的脆弱性是一個挑戰(zhàn)。“這種纖維比頭發(fā)細50倍，”NikitaToropov說。“這是很容易打碎的，所以我們不得不反復重新實驗的。因此快速的制備超細纖維仍很遙遠。”

　　現(xiàn)在，研究人員正計劃繼續(xù)制備先進SNAP設備的技術的發(fā)展，其應用范圍覆蓋從超靈敏的檢測設備到量子計算機等。