科学家打破对称激发极化子 开启纳米光子学的未来

科学家打破对称激发极化子开启纳米光子学的未来在发表于《eLight》的一篇新论文中，由华中科技大学张新亮教授、李培宁教授和中国地质大学戴志高教授领导的科学家团队开发出一种新技术，通过控制近场激发源，实现各向异性HPs的平面内激发和传播。他们的研究拓展了操纵非对称极化子的可能性，可应用于可重构的极化子器件。晶体表面的光盘天线为打破双曲极化子的对称性提供了面内极化激发源。资料来源：中国地质大学/刘璐最近，人们在低对称性单斜晶体中发现了双曲剪切极化子，也称为镜像对称断裂极化子。这些剪切极化子的非对称性源于低对称晶体固有的非赫密特介电常数张量，而高对称晶体不具备这种特性。研究小组研究了线性极化面内源对在高对称性、低损耗系统中产生具有增强定向传播的对称破缺HP的影响。研究小组通过理论和实验证明，控制近场激励源可以配置平面内HP的激励和传播。它可以打破平面高压的镜像对称性，而无需低晶体对称性。该团队的源配置方法能够在宽广的频率范围内调整非对称极化子的传播，从而为纳米尺度上光引导和传播的动态稳健控制建立了新的自由度。他们的研究成果拓展了操纵极化子的可能性，并可应用于可重构极化子器件，用于偏振相关的纳米光子电路或光隔离。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381075.htm

量子突破：多功能金属膜如何改变光子学

量子突破：多功能金属膜如何改变光子学用于任意塑造二维六方氮化硼量子发射的多功能金属膜的艺术插图。资料来源：ChiLi、JaehyuckJang、TrevonBadloe、TieshanYang、JoohoonKim、JaekyungKim、MinhNguyen、StefanA.Maier、JunsukRho、HaoranRen、IgorAharonovich。量子发射是实现光子量子技术的关键。固态单光子发射器（SPE），如六方氮化硼（hBN）缺陷，可在室温下工作。它们因其坚固性和亮度而备受青睐。从SPE收集光子的传统方法依赖于高数值孔径(NA)物镜或微结构天线。虽然光子收集效率很高，但这些工具无法操控量子发射。要对发射的量子光源进行任何所需的结构化处理，都需要多个笨重的光学元件，如偏振器和相位板。在最近发表在《eLight》杂志上的一篇新论文中，莫纳什大学的ChiLi博士和HaoranRen博士领导的一个国际科学家团队开发出了一种新型多功能金属膜，用于构造SPE的量子发射。以不同空间形式任意变换光束的能力对于量子光源来说至关重要。元表面改变了光子设计的面貌。它带来了从光学成像和全息技术到激光雷达和分子传感的重大技术进步。最近，人们设计了将纳米级发射器直接集成到纳米结构谐振器和元表面的方法，以收集和演示对SPE发射的基本定制。这些最初的演示证明了平面光学在推动量子发射操纵方面的必要性。研究小组通过设计和制造一种多功能金属膜来解决这一问题。韩国物理学家JaehyuckJang博士、TrevonBadloe博士和浦项科技大学的JunsukRho教授制造出了这种新型金属膜。它可以同时调整方向性、极化和轨道角动量（OAM）自由度。他们利用金属离子演示了在室温下从氢化硼中的固相萃取物（SPEs）进行量子发射的多维结构化。研究小组展示了量子发射方向性的任意塑造。他们还表明，可以在金属感曲线上添加不同的螺旋波面，从而在SPE的正交极性中产生独特的OAM模式。这项突破性的实验工作由IgorAharonovich教授领导的悉尼科技大学和TMOS（澳大利亚研究理事会卓越中心）完成。所展示的多自由度量子发射任意波前整形技术可以充分释放固态SPE的潜力，将其用作先进量子光子应用的高维量子源。该团队的新技术提供了一个新平台，利用超薄元光学器件在室温下实现多自由度量子发射的任意波前整形。它可能为量子信息科学领域提供新的见解。研究小组认为，操纵光子的偏振可以改善滤波效果，从而对量子密码学和纠缠分发产生重大影响。偏振分离对于未来利用氢化硼SPE生成偏振纠缠光子对至关重要。金属膜的未来扩展可实现高维单光子混合量子态的产生。未来将结构化SPE源与可靠的传输环境（如光纤）进行整合，将有望实现信息容量更大、抗噪声能力更强、安全性更高的量子网络。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376677.htm

纳米光机械腔体有望开启量子计算与通信技术的新领域

纳米光机械腔体有望开启量子计算与通信技术的新领域通过光域和机械域之间的相互作用，光在空腔内直接散射到波导的过程示意图。资料来源：AndréGarciaPrimo/UNICAMP巴西坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）的研究人员与瑞士苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）和荷兰代尔夫特理工大学（TUDelft）的同事合作开展了一项研究，重点研究了纳米光机械腔体在这方面的应用。这些纳米级谐振器可促进高频机械振动与电信业所用波长的红外光之间的相互作用。有关这项研究的文章最近发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上。架起超导电路与光纤之间的桥梁"纳米机械谐振器是超导电路和光纤之间的桥梁。超导电路是目前最有前途的量子计算技术之一，而光纤则通常被用作信息的长距离传输器，噪音小且无信号损失，"格列布-瓦塔金物理研究所（IFGW-UNICAMP）教授、文章最后一位作者蒂亚戈-阿莱格雷（ThiagoAlegre）说。阿莱格雷说，这项研究的关键创新之一是引入了耗散光机械学。传统的光机械装置依赖于纯粹的色散相互作用，在这种情况下，只有局限在腔体内的光子才能被有效地色散。在耗散光机械学中，光子可以直接从波导散射到谐振器。在这项研究之前，耗散光机械相互作用仅在低机械频率下得到证实，这就排除了光子（光学）和声子（机械）领域之间量子态转移等重要应用。这项研究首次证明了耗散光机械系统在机械频率超过光学线宽的情况下运行。"我们成功地将机械频率提高了两个数量级，并将光机耦合率提高了十倍。这为开发更有效的设备提供了非常广阔的前景，"阿莱格雷说。这些装置是与代尔夫特理工大学合作制造的，其设计采用了半导体行业的成熟技术。纳米硅梁悬浮在空中，可以自由振动，这样红外光和机械振动就同时被限制住了。横向放置的波导允许光纤与空腔耦合，从而产生耗散耦合，这正是研究人员所展示成果的关键要素。这项研究为量子网络的构建提供了新的可能性。除了这一直接应用外，它还为未来的基础研究奠定了基础。阿莱格雷说："我们希望能够单独操纵机械模式，缓解光机械装置中的光学非线性问题。"参考文献AndréG.Primo、PedroV.Pinho、RodrigoBenevides、SimonGröblacher、GustavoS.Wiederhecker和ThiagoP.MayerAlegre的"高频纳米机械谐振器中的耗散光机械学"，2023年9月18日，《自然-通讯》。DOI:10.1038/s41467-023-41127-7编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403959.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403959.htm

新研发的超导纳米线光子检测器可实现高速量子通信

新研发的超导纳米线光子检测器可实现高速量子通信在Optica出版集团的高影响力研究杂志《Optica》上，由美国宇航局喷气推进实验室的MatthewD.Shaw领导的研究人员描述并展示了他们用于测量光子到达时间的新探测器，他们称之为PEACOQ（用于计算光量子的性能增强阵列）探测器。"我们的新探测器是由硅芯片上的32个氮化铌超导纳米线组成的，它可以实现高精度的高计数率，"研究小组成员、博士后学者IoanaCraiciu说。"该探测器的设计考虑到了量子通信，因为这是一个一直受限于现有探测器性能的技术领域。"研究小组负责人MatthewShaw检查了安装在低温箱内的PEACOQ探测器，以便进行测试该探测器是作为美国宇航局项目的一部分而开发的，该项目旨在实现空间到地面的量子通信新技术，从而在未来实现跨洲际距离的量子信息共享。这项工作建立在为美国宇航局深空光通信项目开发的技术基础上，该项目将首次展示来自行星际空间的自由空间光通信。Craiciu说："目前还没有另一个探测器能够以同样的时间分辨率如此快速地计算单光子。我们知道这个探测器将对量子通信有用，但我们也希望它能实现我们尚未考虑的其他应用。"更快的量子通信加快量子通信传输速率需要在接收端有一个探测器，它可以进行快速测量，并表现出较短的死机时间，这样它就可以与到达的高速率光子抗衡。探测器还必须精确测量光子的到达时间。Craiciu说："尽管有一些探测器可以高精度地测量光子的到达时间，但当光子快速连续到达时，它们很难跟上，可能会错过一些光子，或者把它们的到达时间弄错，我们设计的PEACOQ探测器可以精确测量单个光子的到达时间，即使它们正以很高的速度撞击探测器。它也是高效的，它不会错过许多光子。"PEACOQ探测器是由厚度仅为7.5纳米的纳米线制成的，或比人的头发薄约1万倍。在非常冷的温度下操作它--大约1开尔文，或-458°F--使纳米线变得超导，这意味着它们没有电阻。在超导条件下，任何击中一根导线的光子都有很大机会被该导线吸收。任何被吸收的光子都会产生一个热点，以一种可检测的方式增加电线的电阻。一台计算机和一个时数转换器被用来记录电阻变化的时间，从而记录一个光子到达探测器的时间。当探测器测量一个光子时，它输出一个电脉冲，而时间-数字转换器非常精确地测量这个电脉冲的到达时间，其分辨率低于100皮秒，或比弹指一挥间快7000万倍。新开发的一种新的时间-数字转换器可以用这种时间分辨率同时测量多达128个通道，这很重要，因为探测器需要32个通道。为了展示新的探测器，研究人员通过将其安装在一个低温箱中将其冷却到1开尔文。他们使用了一个定制的测试装置，将光送入低温箱到检测器，并使用一连串的电子装置将检测器的输出信号从低温箱中传输出来，将其放大并记录。由于有32根纳米线，研究人员不得不使用32套每个组件，包括32根电缆和32个每种类型的放大器。前所未有的计数能力"我们对检测器的工作情况非常满意，"Craiciu说。"它能够测量光子的速率是我们所见过的最高的。它需要一个复杂的设置，因为32个纳米线中的每一个都要单独读出，但对于你真正需要以高速度和高精度测量光子的应用来说，它是值得麻烦的。"通常情况下，正在传输的量子信息被设置为一个时钟，每条信息被编码为一个光子，并在一个刻度上发送。能多精确地测量光子到达接收器的时间，决定了抵达距离能有多近而不出错，因此它决定了能多快地发送信息。新的检测器使得以最先进的10GHz的时钟频率进行量子通信变得切实可行。研究人员仍在努力对PEACOQ探测器进行改进，目前该探测器的效率约为80%--这意味着有20%的光子撞上探测器后没有被测量。他们还计划建造一个可用于量子通信实验的便携式接收器装置。它将包含几个PEACOQ探测器以及光学器件、读出电子器件和一个低温恒温器。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341119.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341119.htm

量子照明：先进设备可产生单光子并用于编码信息

量子照明：先进设备可产生单光子并用于编码信息洛斯阿拉莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory）的科学家团队将两种不同的原子薄材料堆叠在一起，实现了一种手性量子光源。这种量子光发射器的新方法可产生圆偏振单光子流或光粒子流，可用于一系列量子信息和通信应用。洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家HanHtoon说："我们的研究表明，单层半导体有可能在没有外部磁场的帮助下发射圆偏振光。以前只有通过大型超导磁体产生的高磁场、将量子发射器与非常复杂的纳米级光子学结构耦合或向量子发射器注入自旋偏振载流子才能实现这种效果，而我们的近程效应方法具有低成本制造和可靠性高的优势"。偏振态是对光子进行编码的一种手段，因此这一成果是朝着量子密码学或量子通信方向迈出的重要一步。有了一个既能产生单光子流又能引入偏振的光源，基本上就把两种设备合二为一了。手性量子光发射是在两种不同层状材料（一种单层半导体和一种反铁磁晶体）的叠层中形成的，从材料中升起，可用于量子信息和通信应用。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室压痕是光致发光的关键正如发表在《自然-材料》（NatureMaterials）杂志上的一篇论文所描述的，研究团队在集成纳米技术中心（CenterforIntegratedNanotechnologies）工作，将单分子厚的二硒化钨半导体层堆叠在更厚的三硫化镍磷磁性半导体层上。博士后助理研究员李向志利用原子力显微镜在这层薄薄的材料上制造出了一系列纳米级的压痕。这些压痕的直径约为400纳米，因此200多个这样的压痕可以很容易地穿过一根头发的宽度。事实证明，当激光聚焦在这堆材料上时，原子显微镜工具产生的压痕会产生两种效果。首先，压痕在势能图中形成了一个井或凹陷。二硒化钨单层的电子落入凹陷处。这刺激了井中单光子流的发射。纳米压痕还破坏了底层三硫化二磷镍晶体的典型磁性，产生了一个局部磁矩，从材料中指向上方。该磁矩使发射的光子产生圆极化。为了在实验中证实这一机制，研究小组首先与位于洛斯阿拉莫斯的国家高磁场实验室脉冲磁场设备合作，进行了高磁场光学光谱实验。然后，研究小组与瑞士巴塞尔大学合作测量了局部磁矩的微小磁场。实验证明，研究小组成功地展示了一种控制单光子流偏振态的新方法。量子信息编码研究小组目前正在探索如何通过施加电刺激或微波刺激来调节单光子的圆偏振程度。这种能力将提供一种将量子信息编码到光子流中的方法。进一步将光子流耦合到波导--光的微观管道--将提供允许光子单向传播的光子电路。这种电路将成为超安全量子互联网的基本构件。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379591.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379591.htm

让时间逆转的光子学实验解决了量子悖论

让时间逆转的光子学实验解决了量子悖论长期以来，人们不知道这如何能与热力学同时成为事实。在那里，时间有一个方向，信息也会丢失。"想想两张照片，你把它们放在阳光下太久了，过了一段时间，你就无法再分辨它们了，"作者JelmerRenema解释说。特文特大学的一个研究小组通过使用一个带有光子通道的光学芯片成功地说明了量子力学和热力学可以共存。这些通道单独显示出符合热力学的无序状态，而整个系统由于子系统的纠缠而符合量子力学，证明了信息可以被保存和传输。资料来源：特文特大学对于这个量子难题已经有了理论上的解决方案，甚至用原子做了实验，但现在特文特大学（UT）的研究人员也用光子证明了这一点。Renema解释说："光子有一个优势，用它来逆转时间是非常容易的。在实验中，研究人员使用了一个带有通道的光学芯片，光子可以通过这些通道。起初，他们可以准确地确定每个通道中有多少个光子，但之后，光子就会改变位置。当我们观察单个通道时，它们遵守热力学定律，建立了无序状态。基于对一个通道的测量，我们不知道有多少光子仍在该通道中，但整个系统与量子力学是一致的。"各种通道--也被称为子系统是纠缠在一起的。一个子系统中丢失的信息在另一个子系统中'消失'了。JelmerRenema博士是自适应量子光学研究小组的助理教授。他也是特温特大学的特色科学家之一。他与一个团队一起做了这项研究，其中包括柏林自由大学的延斯-艾塞特教授博士的研究小组，他们在证明实验的可逆性方面发挥了重要作用。他们最近在科学杂志《自然通讯》上发表了题为"集成量子光子处理器中的热力学量子模拟"的文章。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369905.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369905.htm