为了处理信息，光子必须相互作用。然而，这些微小的光束彼此无关，每一个都经过而不会改变另一个。现在，史蒂文斯理工学院的研究人员已经哄骗光子以前所未有的效率相互作用 - 这是实现期待已久的计算，通信和遥感量子光学技术的关键进步。
该团队由物理学副教授兼量子科学与工程中心主任Yuping Huang领导，我们通过纳米级芯片使我们更接近这一目标，该芯片可以比任何以前的系统更高效地促进光子相互作用。作为9月18日出版的Optica备忘录报道的这种新方法在非常低的能量水平下工作，表明它可以优化工作在单个光子水平 - 室温量子计算的圣杯和安全量子通信。
“我们正在推动物理和光学工程的界限，以使量子和全光信号处理更接近现实，”黄说。
为了实现这一进步，黄的团队向一个雕刻成一条水晶的赛道形微腔发射了一束激光束。当激光在赛道周围反弹时，其受限的光子相互作用，产生谐波共振，导致一些循环光改变波长。
这并不是一个全新的伎俩，但Huang及其同事，包括研究生陈嘉阳和高级研究员Yong Meng Sua，通过使用绝缘体上的铌酸锂制成的芯片大大提高了效率，这种材料具有独特的方式。与光相互作用。与硅不同，铌酸锂难以用常见的反应气体进行化学蚀刻。因此，史蒂文斯的团队使用离子铣削工具，基本上是一个纳米尺寸，用来蚀刻一个人类头发宽度的百分之一的小跑道。
在定义赛道结构之前，团队需要应用高压电脉冲来创建交替极性或周期性极化的精心校准区域，以定制光子在赛道上移动的方式，增加它们相互作用的可能性。
陈解释说，既要在芯片上蚀刻赛道并调整光子在其周围移动的方式，就需要进行数十个精细的纳米加工步骤，每个步骤都需要纳米精度。“据我们所知，我们是第一批掌握所有这些纳米加工步骤来建立这个系统的团体之一 - 这就是我们首先得到这个结果的原因。”
展望未来，黄和他的团队旨在提高水晶赛道的限制和再循环光的能力，称为Q因子。该团队已经确定了将Q因子提高至少10倍的方法，但每次提升都会使系统对不可察觉的温度波动(几千度)更敏感，并且需要仔细微调。
尽管如此，史蒂文斯团队表示他们正在接近能够可靠地在单光子水平上产生相互作用的系统，这一突破将允许创建许多强大的量子计算组件，如光子逻辑门和纠缠源，一个电路，可以同时探讨同一问题的多种解决方案，可以想象允许在几秒钟内解决可能需要数年时间的计算。
陈说，从那时起我们还有一段时间，但对于量子科学家而言，这段旅程将会令人激动。“这是圣杯，”该论文的第一作者陈说。“在前往圣杯的路上，我们实现了许多以前没有人做过的物理学。”