色光粒子效应在光子量子网络发展中得到证明

时间：2022-06-15 11:25:03 来源：

该图形可视化了量子机械干涉，也称为Hong-Ou-Mandel效应：黄色和橙色的光子从右侧击中混频器（白色条），并始终以相同的颜色出现，这里是两个黄色的光子。

研究人员证明了一种新颖的光子干涉效应，可以为大规模可控量子系统铺平道路。

这是开发量子信息处理应用程序的又一步。一项关键实验成功超越了光子应用的先前定义的限制。来自德国汉诺威莱布尼兹大学的光子学研究所和卓越集群PhoenixD的Anahita Khodadad Kashi教授和Michael Kues教授展示了一种新颖的干涉效应。因此，科学家表明，可以利用新的颜色编码的光子网络，并且可以缩放涉及的光子数量，即光粒子。Kues说：“这一发现可以为量子通信，量子计算机的计算操作以及量子测量技术提供新的基准，并且与现有的光通信基础设施一起可行。”

决定性的实验在新建立的光子学研究所的“量子光子学实验室（QPL）”和位于汉诺威的莱布尼兹大学的汉诺威光学技术中心进行了成功的实验。Anahita Khodadad Kashi成功地量子力学地干涉了独立产生的具有不同颜色（即频率）的纯光子。霍达达德·喀什（Khodadad Kashi）检测到一种所谓的洪欧曼德尔效应。

Hong-Ou-Mandel干扰是量子光学的基本作用，它构成了许多量子信息处理应用程序（从量子计算到量子计量学）的基础。该效应描述了两个光子在空间分束器上碰撞时的行为，并解释了量子机械干扰现象。

汉诺威莱布尼兹大学的光子学研究所和卓越集群PhoenixD的Anahita Khodadad Kashi（左）和Michael Kues教授（左）的发现可以使量子信息处理应用程序更加强大。

研究人员现在已经实现了使用电信组件的分束器，并首次在频域中两个独立生成的光子之间展示了Hong-Ou-Mandel效应。与其他维度（例如极化（电场的振荡平面）或光子的位置（空间定位））相比，该频率不太容易受到干扰。Kues说：“我们的方法允许灵活的可配置性和对高维系统的访问，这可能会在将来导致大规模的可控量子系统。”这种双光子干扰现象可以作为量子互联网，非经典通信和量子计算机的基础。换句话说，结果可以用于基于频率的量子网络。新发现的另一个显着特点是，这种性能提升可用于现有基础架构，即用于连接到Internet的标准光纤连接。从理论上讲，将来可以在家里使用量子技术。

Khodadad Kashi说：“我很高兴我们的实验能够证明频域中的Hong-Ou-Mandel效应。”研究人员在完成电子工程硕士学位后，于2019年移居汉诺威，主要研究伊朗德黑兰科技大学的光子学。从那时起，她加强了Kues教授的七个团队。自2019年春季以来，Kues一直是汉诺威莱布尼兹大学的教授，并正在研究卓越凤凰城集群中使用微米和纳米光子学的光子量子技术的发展。将来，Kashi和Kues将继续进行有关“ Hong-Ou-Mandel频谱干扰”主题的研究。Khodadad Kashi说：“我想扩展当前的实验，以利用已证明的量子信息处理效果。”

科学期刊《激光与光子学评论》首先发表研究结果。该研究是德国联邦教育与研究部（BMBF）资助的量子未来计划“ PQuMAL”（用于机器学习的光子量子电路）的一部分。

参考：Anahita Khodadad Kashi和Michael Kues于2021年3月18日在Laser＆Photonics Reviews.DOI：“独立生成的单个光子之间的光谱Hong-Ou-Mandel干涉，以进行可扩展的频域量子处理”。
10.1002 / lpor.202000464

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