研究人员用声波控制光量子

德国和西班牙研究人员在缩略图大小的芯片上来回切换单个光子

来自巴伦西亚、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利用声波将单个光量子控制到高精度。

在他们的《自然通讯》（Nature Communications）论文《单光子的片内生成和动态压电-光机械旋转》（On-chip generation and dynamic piezo-optimechanical rotation of single photons）中，研究人员报告了他们如何在两个千兆赫兹频率的输出之间来回切换芯片上的单个光子。他们认为，这种方法可以用于声学量子技术或复杂的集成光子网络。

研究人员制造了一个配备微型波导和量子点光源的芯片。Münster大学的Matthias Weiß进行了光学实验，并补充道：“这些量子点只有几纳米大小，是波导内部的岛，可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另一个源生成单个光子。”

上图显示了聚焦激光束（左，蓝色）如何通过光子波导（红色）内的单个量子点生成单个照片，光子波导是在晶体GaAs-Al0.2Ga0.8As的顶部制作的。两个叉指电极（叉指换能器，IDT）产生纳米级声波（表面声波，SAW），使波导动态应变。左IDT产生的纳米级声波改变了发射的单个光子的颜色。两个波导由两个多模干涉分束器（MMI）耦合。右侧IDT产生的声波根据右侧两个输出之间的颜色（红色和绿色）对单个光子进行分类。

Dominik Bühler在巴伦西亚大学攻读博士学位，他设计了量子芯片。他指出，这项技术有多快：“通过使用纳米级声波，我们能够在芯片上的光子在波导中传播的过程中，以前所未有的速度在两个输出端之间来回切换。”

研究人员认为，他们的研究成果是迈向混合量子技术的一个里程碑，因为他们将三种不同的量子系统结合在一起：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——由巴伦西亚大学设计，由Paul Drude固态电子研究所使用慕尼黑技术大学生产的量子点制造——超出了研究团队的预期。

在明斯特和奥格斯堡领导这项研究的物理学家Hubert Krenner说：“我们的团队现在已经成功地在一个缩略图大小的芯片上生成了单个光子，然后以前所未有的精度控制它们，并通过声波精确计时。”

Mauricio de Lima是巴伦西亚大学的研究人员，负责协调该校正在进行的工作，他补充道，“我们知道我们芯片的功能原理是关于传统激光的，但现在，通过使用光量子，我们已经成功地实现了长期以来对量子技术的突破。”