4/27/2016, 激光和光電子領(lǐng)域重要國際會議CLEO今年6月5日到6日在美國加州San Jose會展中心舉辦。今年的會議，量子通信將成為亮點之一。一個國際科研團隊將在會上介紹他們研發(fā)的首個時間箱time-bin糾纏光子頻梳。這一技術(shù)被認為是向多通道量子通信和大容量量子計算機的關(guān)鍵一步。

由Christian Reimer, Michael Kues, Piotr Roztocki等十一人組成的科研團隊在一片芯片上實現(xiàn)了可以產(chǎn)生多個頻率的光子糾纏時間箱，而且光子的頻率在傳統(tǒng)通信光譜內(nèi)。相比其他的量子發(fā)生裝置，糾纏光子不需要大型設(shè)備，而且可以實現(xiàn)遠距離傳輸。作者之一的Michael Kues來自加拿大魁北克大學(xué)國家科學(xué)院，他指出，他們的芯片優(yōu)勢就在于小巧便宜，而且是工作在多個通道上的。

在量子通信里，傳統(tǒng)數(shù)字通信的比特被稱為qubits。不同于只能是0或者1的傳統(tǒng)比特，qubits可以同時是0或者1，這一特性被稱為疊加。為了利用這一效應(yīng)，就要利用被愛因斯坦成為 “spooky action at a distance”的量子糾纏效應(yīng)，也就是對一個粒子的測量會瞬間影響到另外一個。

Kues和他的同事們利用光子來實現(xiàn)qubits,并通過一個干涉儀同時發(fā)射兩個短激光脈沖，實現(xiàn)糾纏。產(chǎn)生多頻率的原理則是基于小的被稱為微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)可以基于自發(fā)的混頻form-wave mixing，產(chǎn)生一系列分立頻率上的光子對，從而實現(xiàn)頻梳。實驗中，當(dāng)一個單光子離開干涉儀時，它就處在疊加態(tài)，就好像同時穿過干涉儀的長臂和短臂一樣。時間箱的糾纏對于光子糾纏非�？煽�，而且可以實現(xiàn)光子偏振態(tài)的糾纏。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以影響到光子的偏振態(tài)。

相比其他學(xué)者的研究，魁北克大學(xué)這個團隊的成就主要是在他們率先實現(xiàn)了同一芯片上多頻率光子的產(chǎn)生。這一特性可以實現(xiàn)復(fù)用和多通道的量子通信，提高量子信息處理的容量。這一芯片還有助于改善量子密鑰的分配，并作為未來量子計算機的關(guān)鍵部件。

實驗裝置
該項目的領(lǐng)導(dǎo)者，也是加拿大國家科學(xué)研究院的Roberto Morandotti表示，未來的計算機可能同時是量子態(tài)和常態(tài)的。量子態(tài)可以用于解決一些特殊的難題。雖然現(xiàn)在我們離量子計算機還很遠，但是他們的研究成果是在正確的方向上重要一步。

值得指出的是，這篇文章的作者之一Brent E. Little供職于西安光機所。他在集成光學(xué)領(lǐng)域有20余年的研究經(jīng)歷，是國際著名光子集成專家，于2013年全職加入西安光機所從事光子集成相關(guān)技術(shù)研究。他是微環(huán)諧振腔理論與實驗研究的早期開拓者之一，其關(guān)于微環(huán)上-下話路濾波器的文章迄今已被引用超過1300次。同時在片上非線性效應(yīng)方面也有諸多建樹，在光參量振蕩、鎖模激光器、多通道糾纏光子對產(chǎn)生等研究方向上已有十余篇論文發(fā)表在Nature Photonics、Nature Communication 等期刊上。

中科院網(wǎng)站上個月對這一成果也進行了報道。http://www.cas.cn/syky/201603/t20160314_4549310.shtml