陳根：新光子隔離方案，有望推動量子技術小型化_風聞

文|陳根

通常情況下，用於控制原子的激光器，需要藉助隔離器來阻擋不必要的反射。然而此前在大量實驗中運行良好的隔離器，已被證明難以進一步小型化。即使在最佳情況下，光也會在遇到隔離器各種表面時被反射、吸收和折射。

此外，在大型量子設備中進行光路控制是一項挑戰很大的任務，其涉及到許多鏡面、透鏡、光纖等組件。而想要實現整體裝置的小型化，也需要從多方面着手。幸運的是，過去幾年，科學家們已經在微芯片的光控制元件設計方面取得了一定成果。

例如，通過製造波導（光傳輸通道），甚至能夠利用某些材料來改變其顏色。然而要想使微小光點（光子）沿單向移動、同時抑制不需要的向後反射，依然****是一件棘手的事情。

近日，從光子的獨特性質出發，伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）的研究團隊用鈮酸鋰製造了 780nm / 1550nm 波長的片上隔光器。測量結果表明，其隔離方法優於此前所有片上替代方案，且針對原子基傳感器的兼容性實施了優化。

光子是光線中攜帶能量的粒子，一個光子能量的多少正比於光波的頻率大小， 頻率越高能量越高。當一個光子被原子吸收時，就有一個電子獲得足夠的能量從而從內軌道躍遷到外軌道，具有電子躍遷的原子就從基態變成了激發態。

該隔離器包含一個波導和一個相鄰的環形諧振器，整體看起來像是一條長方形的跑道。一般無論光是從哪個方向射入的，都會經由波導進入諧振器，從而阻擋所有光流。但當研究人員將聲波施加到環上時，諧振器就只捕獲通過波導向後移動的光。在前進方向上，光會暢通無阻地通過波導。

實驗結果表明，幾乎每個光子都向前移動通過波導，而向後移動的幾率低至萬分之一。這意味着該設計已將損耗（不需要的光吸收）降低到了接近於零的水平，有效化解了此前片上隔離器長期存在的難題。

未來，該光子隔離方案有望推動量子技術的小型化。