一个薄设备触发了量子力学中最奇怪和最有用的现象之一

根据最近发表在《科学》杂志上的一项新研究，一项超薄发明可以帮助科学家控制一种奇怪但有用的量子力学现象，从而使未来的计算、传感和加密技术变得更小、更强大。

桑迪亚国家实验室和马克斯普朗克光科学研究所的科学家报告了一种设备，该设备可以取代一屋子的设备，以一种称为纠缠的奇异量子效应连接光子。这种设备——一种称为超表面的纳米工程材料——为以复杂的方式纠缠光子铺平了道路，而紧凑型技术是不可能做到的。

当科学家说光子被纠缠时，他们的意思是它们以这样一种方式联系在一起，即无论光子在宇宙中的何处或相距多远，对一个的动作都会影响另一个。这是量子力学的影响，是支配粒子和其他非常微小事物的物理定律。

尽管这种现象可能看起来很奇怪，但科学家们已经利用它以新的方式处理信息。例如，纠缠有助于保护微妙的量子信息并纠正量子计算中的错误，这一领域有朝一日可能会对国家安全、科学和金融产生全面影响。纠缠还为安全通信提供了新的、先进的加密方法。

对这种比一张纸薄一百倍的开创性设备的研究部分是在综合纳米技术中心进行的，该中心是能源部科学办公室用户设施，由桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室运营。桑迪亚的团队获得了科学办公室基础能源科学项目的资助。

光进来，纠缠的光子出来

新的超表面充当了这种不寻常的量子现象的大门。在某些方面，它就像刘易斯·卡罗尔的《镜花水月》中的镜子，年轻的主人公爱丽丝通过镜子体验了一个陌生的新世界。

科学家们没有穿过他们的新设备，而是用激光照射它。光束穿过覆盖在纳米级结构中的超薄玻璃样品，该结构由一种称为砷化镓的常见半导体材料制成。

“它扰乱了所有的光学领域，”Sandia高级科学家IgalBrener说，他是非线性光学领域的专家，曾领导Sandia团队。他说，有时，一对不同波长的纠缠光子从样品中以与入射激光束相同的方向出现。

Brener说他对这个装置很兴奋，因为它被设计用来产生复杂的纠缠光子网——不仅仅是一次一对，而是几对纠缠在一起，有些可能彼此无法区分。一些技术需要这些复杂的各种所谓的多重纠缠来实现复杂的信息处理方案。

其他基于硅光子学的微型技术也可以纠缠光子，但没有急需的复杂、多重纠缠水平。到目前为止，产生这种结果的唯一方法是使用多个装有激光器、专用晶体和其他光学设备的桌子。

“当这种多重纠缠需要超过两三对时，这是相当复杂和棘手的，”布雷纳说。“这些非线性超表面基本上在一个样本中完成了这项任务，而之前它需要极其复杂的光学设置。”

科学论文概述了该团队如何成功地调整他们的超表面以产生具有不同波长的纠缠光子，这是同时产生几对错综复杂的纠缠光子的关键前兆。

然而，研究人员在他们的论文中指出，他们的设备的效率——它们可以产生纠缠光子组的速率——低于其他技术，需要改进。

什么是超表面?

超表面是一种合成材料，它与光和其他电磁波以传统材料无法做到的方式相互作用。Brener说，商业行业正忙于开发超表面，因为它们占用的空间更少，并且可以比传统镜头做更多的事情。

“你现在可以用超表面替换透镜和厚光学元件，”布雷纳说。“这些类型的超表面将彻底改变消费产品。”

桑迪亚是世界上从事超表面和超材料研究的领先机构之一。在其制造化合物半导体的微系统工程、科学和应用综合体与附近的集成纳米技术中心之间，研究人员可以使用他们设计、制造和分析这些雄心勃勃的新材料所需的所有专业工具。

“这项工作具有挑战性，因为它需要精确的纳米制造技术来获得尖锐的窄带光学共振，这为这项工作的量子过程提供了种子，”桑迪亚的前博士后研究员SylvainGennaro说，他曾参与该项目的多个方面。

该设备是通过桑迪亚与马克斯普朗克光科学研究所光子量子纠缠专家物理学家玛丽亚契诃娃领导的研究小组合作设计、制造和测试的。

“超表面正在导致量子光学的范式转变，将超小型量子光源与量子态工程的深远可能性相结合，”MaxPlank团队成员、该论文的第一作者TomásSantiago-Cruz说。

研究超材料十多年的Brener表示，这项最新研究可能会引发第二次革命——将这些材料不仅作为一种新型透镜，而且作为一种用于量子信息处理和其他新应用的技术而发展.

他说：“有一波超表面已经成熟并正在发展中。也许第二波创新应用即将到来。”

一个薄设备触发了量子力学中最奇怪和最有用的现象之一

根据最近发表在《科学》杂志上的一项新研究，一项超薄发明可以帮助科学家控制一种奇怪但有用的量子力学现象，从而使未来的计算、传感和加密技术变得更小、更强大。

桑迪亚国家实验室和马克斯普朗克光科学研究所的科学家报告了一种设备，该设备可以取代一屋子的设备，以一种称为纠缠的奇异量子效应连接光子。这种设备——一种称为超表面的纳米工程材料——为以复杂的方式纠缠光子铺平了道路，而紧凑型技术是不可能做到的。

当科学家说光子被纠缠时，他们的意思是它们以这样一种方式联系在一起，即无论光子在宇宙中的何处或相距多远，对一个的动作都会影响另一个。这是量子力学的影响，是支配粒子和其他非常微小事物的物理定律。

尽管这种现象可能看起来很奇怪，但科学家们已经利用它以新的方式处理信息。例如，纠缠有助于保护微妙的量子信息并纠正量子计算中的错误，这一领域有朝一日可能会对国家安全、科学和金融产生全面影响。纠缠还为安全通信提供了新的、先进的加密方法。

对这种比一张纸薄一百倍的开创性设备的研究部分是在综合纳米技术中心进行的，该中心是能源部科学办公室用户设施，由桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室运营。桑迪亚的团队获得了科学办公室基础能源科学项目的资助。

光进来，纠缠的光子出来

新的超表面充当了这种不寻常的量子现象的大门。在某些方面，它就像刘易斯·卡罗尔的《镜花水月》中的镜子，年轻的主人公爱丽丝通过镜子体验了一个陌生的新世界。

科学家们没有穿过他们的新设备，而是用激光照射它。光束穿过覆盖在纳米级结构中的超薄玻璃样品，该结构由一种称为砷化镓的常见半导体材料制成。

“它扰乱了所有的光学领域，”Sandia高级科学家IgalBrener说，他是非线性光学领域的专家，曾领导Sandia团队。他说，有时，一对不同波长的纠缠光子从样品中以与入射激光束相同的方向出现。

Brener说他对这个装置很兴奋，因为它被设计用来产生复杂的纠缠光子网——不仅仅是一次一对，而是几对纠缠在一起，有些可能彼此无法区分。一些技术需要这些复杂的各种所谓的多重纠缠来实现复杂的信息处理方案。

其他基于硅光子学的微型技术也可以纠缠光子，但没有急需的复杂、多重纠缠水平。到目前为止，产生这种结果的唯一方法是使用多个装有激光器、专用晶体和其他光学设备的桌子。

“当这种多重纠缠需要超过两三对时，这是相当复杂和棘手的，”布雷纳说。“这些非线性超表面基本上在一个样本中完成了这项任务，而之前它需要极其复杂的光学设置。”

科学论文概述了该团队如何成功地调整他们的超表面以产生具有不同波长的纠缠光子，这是同时产生几对错综复杂的纠缠光子的关键前兆。

然而，研究人员在他们的论文中指出，他们的设备的效率——它们可以产生纠缠光子组的速率——低于其他技术，需要改进。

什么是超表面?

超表面是一种合成材料，它与光和其他电磁波以传统材料无法做到的方式相互作用。Brener说，商业行业正忙于开发超表面，因为它们占用的空间更少，并且可以比传统镜头做更多的事情。

“你现在可以用超表面替换透镜和厚光学元件，”布雷纳说。“这些类型的超表面将彻底改变消费产品。”

桑迪亚是世界上从事超表面和超材料研究的领先机构之一。在其制造化合物半导体的微系统工程、科学和应用综合体与附近的集成纳米技术中心之间，研究人员可以使用他们设计、制造和分析这些雄心勃勃的新材料所需的所有专业工具。

“这项工作具有挑战性，因为它需要精确的纳米制造技术来获得尖锐的窄带光学共振，这为这项工作的量子过程提供了种子，”桑迪亚的前博士后研究员SylvainGennaro说，他曾参与该项目的多个方面。

该设备是通过桑迪亚与马克斯普朗克光科学研究所光子量子纠缠专家物理学家玛丽亚契诃娃领导的研究小组合作设计、制造和测试的。

“超表面正在导致量子光学的范式转变，将超小型量子光源与量子态工程的深远可能性相结合，”MaxPlank团队成员、该论文的第一作者TomásSantiago-Cruz说。

研究超材料十多年的Brener表示，这项最新研究可能会引发第二次革命——将这些材料不仅作为一种新型透镜，而且作为一种用于量子信息处理和其他新应用的技术而发展.

他说：“有一波超表面已经成熟并正在发展中。也许第二波创新应用即将到来。”

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