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據美國物理學(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(gè)“人造原子”制成，他們還成功演示了內嵌于一條傳輸線(xiàn)中的該路由器如何將單個(gè)光子從一個(gè)輸入端口運送至兩個(gè)輸出端口中的一個(gè)�？茖W(xué)家們表示，這種單光子路由器未來(lái)能作為量子信息網(wǎng)絡(luò )中的量子節點(diǎn)，為其提供基本的數據處理和路由。
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)導的科研團隊與西班牙國家研究委員會(huì )的科學(xué)家攜手完成了這項研究，結果發(fā)表在《物理學(xué)評論快報》雜志上。
相比于電子，對光子進(jìn)行控制和引導更加困難，這主要是因為光子不像電子那樣擁有強烈的相互作用，因此，目前的路由器大多使用電子。然而，量子隧道的一個(gè)重要要求是粒子能在長(cháng)距離上分發(fā)數據，光子“天生”能比原子等其他量子系統行進(jìn)更遠的距離，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(gè)單光子路由器，科學(xué)家們使用一個(gè)超導量子位(量子計算機中的最小信息單位)作為“人造原子”(盡管這個(gè)量子位實(shí)際上由幾個(gè)原子組成，但它擁有離散的能量狀態(tài)，像真正的單個(gè)原子)。接著(zhù)，科學(xué)家們將這個(gè)量子位耦合到一個(gè)一維的傳輸線(xiàn)上，微波光子能夠沿著(zhù)這個(gè)傳輸線(xiàn)行進(jìn)。隨后，科學(xué)家們在其上持續施加一個(gè)微弱的光子探針，有時(shí)候也補充一個(gè)更強烈的控制脈沖。如果沒(méi)有這束強烈的控制脈沖，人造原子會(huì )反射入射的光子，入射光子會(huì )行進(jìn)到輸出端口1。當這束強烈的控制脈沖出現時(shí)，它會(huì )引起電磁誘導透明(EIT)現象，致使原子對這束微弱的探測光束變得透明，導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到兩個(gè)輸出端口中的一個(gè)。
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(shí)間(入射光子從一個(gè)端口切換到另一個(gè)端口的時(shí)間)僅為幾納秒。另外，這種路由器很容易進(jìn)行擴展，以使其具有更多輸出端口，這一點(diǎn)對它用作量子點(diǎn)必不可少。
戴辛指出，除了主要運用于未來(lái)的量子計算機網(wǎng)絡(luò )中，這種路由器對于研究也非常有用，例如，可用來(lái)將單光子源的光子分發(fā)到同一塊芯片上的幾個(gè)實(shí)驗中，讓科學(xué)家使用同束光線(xiàn)進(jìn)行更多實(shí)驗。
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