《美国NIST开发出紧凑型激光冷却原子阱,可促进量子计算设备小型化》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2021-03-05
  • 据科技纵览杂志网站2月8日消息,美国国家标准与技术研究院(NIST)研究人员开发出紧凑型激光冷却原子阱,有望促进量子计算设备小型化。在量子计算设备中,通常需要使用激光冷却设备捕获原子并将其冷却至接近绝对零度。然而,这类设备通常体积庞大且能耗较高。NIST研究人员开发出一款长度为15厘米的激光冷却原子阱。该设备包括发射激光束的光子集成电路、衍射光栅芯片和分光器三个部分,可产生激光束并将其加宽,最后将光束分离以撞击原子,在磁场的协同下将原子捕获并冷却。由于该设备及其组件是扁平的,因此有望集成于芯片,促进芯片级的量子计算设备推出。

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    • 编译者:李晓萌
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    • 精密计时和量子信息科学领域需要高度特定波长的可见激光,而二极管激光器(类似于LED灯的装置)并不总是能实现这些激光来驱动原子或固态系统。 近日,NIST研究人员及其在NIST/马里兰大学联合量子研究所(JQI)的同事通过在微型跑道上创造微小的周期性凸起,将近红外激光转换为特定所需波长的可见光,具有高精度和高效率。研究人员证明,通过在微谐振器表面引入缺陷(微小的周期性波纹或凸起),他们可以选择特定输出波长的可见光,精度为99.7%。随着改进,该技术应该产生精确到目标值99.9%以上的可见光波长,这是为光学原子钟和其他高精度设备供电的要求。 研究人员在《Nature Photonics》期刊上在线发表了他们的成果(“通过光子晶体谐振器中的波数选择性来实现波长精确的非线性转换”,《Nature Photonics》,2023年. DOI: 10.1038/s41566-023-01326-6)。
  • 《Fraunhofer IAF研究用于量子技术的紧凑型片上光子对源》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2021-03-08
    • 德国弗赖堡的弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)已启动一个纠缠光子的紧凑型片上光源项目,这是实现工业量子技术应用的重要组成部分。 在QuoAlA项目(AlGaAs Bragg反射波导的电信波长量子纠缠光子对源)中,科学家们正在研究将砷化铝镓(AlGaAs)作为产生纠缠光子源的波导,AlGaAs可以实现特别紧凑的设计和芯片集成。 量子技术的应用的基础是各种量子现象和基本粒子的物理定律,其中包括纠缠光子的影响,这是高精度传感器技术和安全量子通信前景概念的基础。为了将这些技术应用到光子电路中,就需要一种紧凑而高效的纠缠光子对源。 量子光子系统的主要组件(例如反射镜、分束器和移相器)现在都可以集成形式实现。但是,这还不适用于所需的光源和检测器。 Fraunhofer IAF的目标是将量子通信所需的所有功能(即单个和纠缠的光子的生成、操纵和检测)集成到一个芯片中。通过QuoAlA项目,研究人员正在朝着光源迈出第一步。 AlGaAs布拉格反射波导作为光子对源 QuoAlA的重点研究方面是对基于AlGaAs的光子源及其外延制造。目的是在精确定义的波长下产生具有高纠缠质量的光子对,目标波长为1550nm,即在电信范围内(1500-1600nm)。 AlGaAs在光子对源方面的应用很有前景,主要因为它具有非线性特性。在具有非线性特性的材料中,由于光学效应,光子可以在高光强度下自发地分裂为两个光子。这样的轻粒子对可以被量子机械地纠缠。 特别紧凑的设计潜力 此外,AlGaAs布拉格反射波导允许在芯片级水平上集成其他光学和电子组件。 在QuoAlA项目中使用技术的独特之处在于具有集成泵浦激光二极管的潜力,这使得超小尺寸的设计成为可能。减小部件的尺寸、重量将满足实际应用的基本要求。 作为电信中的光源,必须能够非常精确地调整光子的波长,因为通道的波长间隔小于1nm。产生的光子的波长非常敏感地取决于波导的外延层结构。因此,该项目专注于基于AlGaAs的布拉格反射波导的外延精度,这可以决定所产生的纠缠光子的波长。 此外,科学家正在使用软件对布拉格反射波导进行光学仿真,该软件是他们先前在NESSiE项目(电信波长下量子纠缠源的非线性波导)中所开发,该软件在2019-2020年期间运行。