量子超表面操纵自由光子
2021-08-05 16:18:19 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
近日，洛斯阿拉莫斯国家实验室的一支研究团队提出，经过调制的量子超表面（metasurface）可以控制光子量子位元的所有特性。据该研究团队称，这样的突破将影响量子信息、量子通信、量子传感、量子成像，以及能量收集等领域。
据麦姆斯咨询报道，近日，洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的一支研究团队提出，经过调制的量子超表面（metasurface）可以控制光子量子位元的所有特性。据该研究团队称，这样的突破将影响量子信息、量子通信、量子传感、量子成像，以及能量收集等领域。
“人们对于经典超表面的研究由来已久。”洛斯阿拉莫斯国家实验室Diego Dalvit表示，“但我们提出了新的想法，即在时间和空间上调制量子超表面的光学特性，使我们能够按需操纵单个光子的所有自由度。”
具有折射率全光调制的超表面可在传输的单光子上引起“颜色-自旋态-路径（color-spin-path）”量子纠缠
该研究团队将他们开发的超表面描述为看起来像一排旋转的十字架，然后可以用激光或电脉冲对其进行调制。然后，团队成员提议通过超表面操纵单个光子，光子在超表面分裂成许多颜色、路径和自旋态的叠加，产生所谓的量子纠缠——这意味着单个光子能够一次继承所有这些不同的属性。
洛斯阿拉莫斯国家实验室Abul Azad介绍说：“当用激光或电脉冲调制超表面时，人们可以控制折射单光子的频率，改变其轨迹角度、电场方向以及扭曲。”
由于可操纵光子的上述特性，因此这项技术可用于对在量子网络中传播的光子信息进行编码——这在密码学中尤其可取，因为黑客无法在不改变其基本物理原理的情况下查看光子，所以一旦查看，就会提醒发送者和接收者信息已被泄露。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员还在研究如何通过调制量子超表面来从真空中提取光子。
“量子真空不是空的，而是充满了转瞬即逝的‘虚拟’光子。借助调制的量子超表面，人们能够有效地提取‘虚拟’光子并将其转换为真实的光子对。”洛斯阿拉莫斯国家实验室Wilton Kort-Kamp表示。
利用真空中存在的光子并向一个方向发射它们，就会产生相反方向的推进力。类似地，搅拌真空会使扭曲的光子产生旋转运动。有朝一日，结构量子光可以用来产生机械推力，只需少量能量就能驱动超表面。
该研究发表于《物理评论快报》（Physics Review Letters）。
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