研究人员在微芯片上实现“光子定制”|光子|量子_新浪科技

本报讯（记者温才妃）宁波东方理工大学副教授丁飞团队与合作者，首次在一枚仅有头发丝直径几分之一（10微米）的微芯片上实现了“光子定制”，可按需控制方向、偏振与强度的光子源，为未来量子通信、量子计算和高精度传感开辟了新路径。相关研究成果近日发表于《物理评论快报》。

光子是量子信息的理想载体，能在不受环境干扰的情况下高速传输信息。想要在小小的量子芯片上驾驭它们，就必须实现“定制化”，即能够精准控制光子从哪里发射、以何种偏振形式存在以及发射的强度大小。过去的方案要么依赖体积庞大的光学器件，要么在调控自由度上受到很大限制，难以满足未来量子技术对小型化、高集成度的需求。

团队在量子芯片上构建了一个精巧的量子发射体-超表面耦合平台。他们利用纳米钻石中的氮-空位中心作为量子发射体，当受到激光激发时，会产生一种被称为表面等离激元的表面波。这些波在芯片表面传播时，会遇到精心设计的“纳米超构原子”组成的阵列——如同一个微型天线方阵，它们将表面波重新“广播”出去，散射为光子。最后，通过改变这些“天线”的尺寸与排布，研究人员能够巧妙结合共振相位与几何相位的效应，像“调音乐器”一样，实现对光子方向、偏振和强度的精细调控。

在实验中，团队取得了多项关键突破：高方向性单通道光子发射，能够在指定角度输出线偏振或圆偏振光，偏振纯度接近99%；多通道光子源，同时输出多个方向、不同偏振态的光子，为量子并行处理提供了可能；强度可调控，可以在不同光子通道之间自由分配能量，实现真正意义上的“按需光源”；复杂发射模式，通过引入更复杂的相位分布来生成矢量光束和涡旋光束等复杂模式。

这些成果表明，仅在10微米量级的芯片上就能完成过去依赖宏观光学系统才能实现的复杂调控。这一突破为微型化量子光学器件的发展奠定了基础。