據美國物理學家組織網2月14日（北京時間）報道，科學家一直希望用光子代替電子實現更快捷安全的光通訊，現在，科學家們成功證明，他們能更快速地（在幾納秒內）控制與目前光通訊網絡中所用光波波長一樣的光子的路徑和偏振，新光子電路可整合進現有的光通訊網絡中，從而顯著改進網絡的性能。最新研究朝實現光量子通訊邁進了一步。

      英國布里斯托大學、赫瑞瓦特大學、荷蘭卡弗里納米科學研究所的科學家們將這項快速控制單光子的路徑和偏振的研究發表在最新一期《物理評論學快報》雜志上。

      他們在對一個由電路組成的量子光學設備進行研究時發現，單個光子會移動穿過這些電路，這些電路也能被重新配置從而改變光子的路徑和偏振方向。然而，這種量子光學電路無法快速操縱單光子和多光子的狀態。為了解決這一問題，他們使用了已被證明能在現有通訊調制器中進行快速操縱的鈮酸鋰波導，并證明對電極附近的波導施加電壓能快速操控由波長為1550納米的一個或兩個光子組成的光的量子（包括路徑和偏振）狀態，該波長正是現有通訊網絡中采用的波長。

      領導該研究的布里斯托大學的達米恩?博諾表示：“在這個實驗中，我們演示了兩種電路配置，每種電路配置都會導致不同的量子狀態，一次配置僅需幾納秒，而在以前的實驗中，每幾秒才能對電路進行一次重新配置。現在的通訊網每天都在使用由同樣技術制成的開關來傳遞由光脈沖編碼的信息字節，從原理上來講，這樣的開關也能用于單光子層面。”

      博諾表示：“迄今為止，在芯片上操縱光的量子狀態一直依靠加熱器，其能作為慢速移相器來使用。最新研究表明，鈮酸鋰波導能采用一種與以前迥然不同的方法來更快速地操控光的量子狀態。現在，我們不僅能打開和關閉光包以便按規定路線發送傳統信息，也能夠快速處理和操縱光的量子狀態。”

      科學家們指出，能在單個平臺上快速控制單光子的偏振和路徑對基礎量子科學和量子技術來說都至關重要。博諾表示，制造這些設備的鈮酸鋰材料也能隨機產生光子，另外，具有超導性的單光子探測器也能被整合在這樣的芯片上。一個結合了能隨機產生光子的光源、電路以及探測器的技術平臺可用于以下幾方面：通過對幾個光子來源進行多路傳輸從而獲得可靠的單光子源、長距離量子通訊需要使用的量子繼電器、量子密碼學中用到的量子密鑰分配等。

    總編輯圈點：

      以前有些老式收音機使用電子管，每次工作前都要預熱。隨著半導體管的應用，預熱時間就被節省下來了。如今，光量子調制設備領域也出現了類似的進步??以前用加熱器，幾秒鐘才能重新配置電路，現在幾納秒就可以切換到另一個電路。使用鈮酸鋰材料作波導設備，在調制解調器時代是很平常的技術手段。但誰能想到，平平無奇的光電轉化設備稍加變化，可以幫助最前沿的光量子通信研究取得突破？現在隨著光源、電路和探測器整合到一起，量子通信研究者的工作量可以減輕不少了。