|
近日，由美国加州理工学院研究小组领导的国际研究团队成功地创建了一种比之前任何同类产品都要小1000倍以上的光学量子存储器件。该器件不仅明显小于先前的任何同类器件——这确保其适合作为片上器件——同时它具有按需检索已存储数据的能力。 图为器件含有钕（Nd）原子的光学空腔示意图 利用光子量子态对数据进行编码以传输信息的光学量子网络具有广泛应用前景，目前已有一系列商业量子光子产品前后面市。然而，作为广泛的光学量子网络的关键技术之一，光量子存储器仍然是一个难点。 光量子存储器是一种收集光子并对其进行信息编码的设备，到目前为止开发的器件体积过大，并且在芯片级量子器件中运行效率低下。 该研究成果已发表在期刊《Science》上，由来自于美国加州理工学院、美国国家标准与技术研究院（NIST）以及意大利维罗纳大学的研究人员合作开发了一种含钕的纳米级空腔。该空腔又产生一个晶体腔，从而增强了单个光子与钕空腔之间的相互作用。 美国加州理工学院助理教授、研究合作者Andrei Faraon在采访中说到，该器件的原理是将光子存储到稀土元素（即镧系元素）钕原子的集合体中。而这些钕原子自身则由原钒酸钇（YVO）晶体进行捕获。 Faraon说：“这个钕原子的集合体非常小，本身并不能吸收光子，这就是我们要在YVO晶体中制造光学空腔（谐振器）的原因。该空腔可以增强钕原子和光之间的相互作用，从而使得原子对光子的吸收变得有效。” 为了存储光子，首先以一种特殊的方式制备原子的集合体，使用一些列激光脉冲使得它们的吸收光谱形成像梳子一样的形状。该准备工作确保了光子在被吸收的75纳秒后再次自动发射。 光子被钕原子集合体吸收之后，研究人员利用另一对激光脉冲可以将光子再发射时间延迟最多10纳秒，具体延迟时间取决于施加脉冲的强度。这为该器件提供了按需检索数据的能力。 研究人员开发这种器件不仅仅是一个存储器件，而且具有量子特性。为了使器件具有量子力学性质，光子被存储并形成为两个脉冲：前期和后期脉冲。这样光子以前期和后期脉冲的叠加状态存在，形成了其量子特性。 研究人员证明在光子脉冲被存储之后，检索到的光子脉冲的光子波函数（量子力学中描写微观系统状态的函数）与所存储的光子脉冲的光子波函数相似度极高。换言之：这个存储器件具有很高的保真度。 尽管该器件在量子力学方面的实际性能与以前的量子存储器件相类似，但其体积比以前的器件小1000倍。此外Faraon补充说，以前的同类型器件并不具备按需检索的能力。 该设备的关键是使用了纳米空腔，使得将信息存储在非常小的体积中成为可能。 此外，由于器件体积极小，稀土原子和光子之间的相互作用增强，从而使其具有按需检索数据的能力。 根据Faraon所说，“如果该设备准备进行商业化应用，则需要采用更具扩展性的制造工艺进行制造。目前我们使用的是离子束铣削。这是一个相当缓慢的过程。” 在接下来的研究中，Faraon和他的同事们计划增加存储的效率和时间。
|
|
|
