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    請問,誰可以告訴我,單光子路由器的作用是什麼????

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物理學家打造出第一個單光子路由器

藉由展示,內嵌在一條傳輸線(transmission line)中的人造原子能將單一光子自輸入埠路由(route)到二個輸出埠(output 1、output 2)的其中一個,物理學家建立出第一個在單光子層次上運作的路由器。單光子路由器有朝一日能在量子資訊網路中成為一種量子節點,能夠提供基本的資料處理以 及路由。

這些科學家,由來自瑞典 Goteborg,Chalmers 科技大學的 Per Delsing 與 Chris Wilson 所領導,以及來自西班牙馬德里,Spanish National Research Council 的共同作者,將他們的研究發表在最近一期的 Physical Review Letters 上。

如科學家的解釋,控制與引導光子比控制與引導電子(其為今日絕大多數路由器所用)更加困難。困難根源於這項事實:光子不像電子,彼此並不會強烈地 交互作用。然而,量子通道最重要的需求之一是,能將資訊散播到很遠的距離。因為光子比起其他量子系統,例如原子,能前後一致地傳播非常遠的距離,所以把當 光子當成量子資訊網路中的資訊載體,別具意義。

為了建立他們的單光子路由器,科學家把某種超導量子位元當成「人造原子(artificial atom)」使用(儘管 qubit 實際上是由數個原子構成,不過那像一個真正的原子,具有離散的能態)。這些科學家接著將 qubit 耦合到一維的傳輸線,微波光子藉此可行進。接下來,他們採用一道微弱的、連續的光子探針,有時還增加一道較強的控制脈衝。沒有這道強控制脈衝 (strong control pulse),人造原子會將入射光子反射回去,那會行進到 output 1。當強控制脈衝開啟,那會導致電磁誘發通透(electromagnetically induced transparency,EIT)的現象。EIT 導致原子對於弱探針射束(weak probe beam)而言是「透明的」,導致光子行進通過原子,抵達 output 2。透過這種方式,科學家能將入射光子引導至二個輸出埠的其中一個。

「基於單個原子的電磁誘發通透,已在(可見)光域(optical domain)中被證明,不過其激發效率相當低," Delsing 表示。"在微波域中,某個日本小組已獲得 90% 的效率,不過那並不是被設置成路由器。因此,你可以說,這是第一個在單光子層次上運作的路由器。此外,其效率高達 99%,而且它相當快。」

研究者在激發效率上達成一個數量級的增加(達到 99.6%),那顯示,光子有效率地耦合到人造原子,使得光子能獲得更好的控制。該裝置的切換時間(switching time,將入射光子從其中一個輸出埠切換到另一個所花的時間)只有幾奈秒。

科學家也提到,這個路由器能輕易地擴展成多重輸出埠,如果要當成量子節點使用,這將是必須的。

“我們心裡已盤算幾個新實驗,其中之一是實作我們在論文中描述的多重輸出路由器," Delsing 說。"其他可能的實驗包括,在相同傳輸線中使用多個人造原子並增加與光子互動的「原子」數量。我們正朝向「大規模量子物件整合」移動。"

對於量子通道中的應用,科學家解釋,使用可見光光子會比微波光子(那在本研究中使用)好。該裝置在研究中也能有重要的應用。

“路由器在研究中能非常有用,例如,來自單光子源的光子,可藉此散布到數個在同一晶片上的實驗," Delsing 說。"那因而將允許利用微波光子進行更加密實且整合度更高的實驗。"

“光子是理想的量子資訊載體," 他補充道。"利用這個路由器,我們能散播與路由攜帶量子資訊的微波光子。在未來的量子電腦中,能在不同的量子電腦內或量子電腦間通訊,將非常有用。在較遠 的未來,你可以想像一下,有時被指稱為「量子網際網路(quantum interne)」的東西。然而,你將需要額外的裝置,例如在可見光光子與微波光子之間的量子界面,以及所謂的量子中繼器(quantum repeaters)。"

※ 相關報導:

* Demonstration of a Single-Photon Router in the Microwave Regime
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.073601
Io-Chun Hoi, C. M. Wilson, Goran Johansson, Tauno Palomaki,
Borja Peropadre, and Per Delsing
Phys. Rev. Lett. 107, 073601 (2011) [5 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.107.073601

資料來源:PHYORG.com: Physicists build first single-photon router [August 22, 2011]

原發表於 Only Perception

關於作者

妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D