生产设备量子纠缠通常体积庞大，每次只产生一对纠缠光子。现在，科学家们发明了一种厚度约为1美分硬币三分之一的装置，可以产生复杂的纠缠光子网——不是成对的，而是几对都连在一起的。这项发明不仅大大简化了量子技术所需的设置，而且还有助于支持更复杂的量子应用。
产生纠缠光子的一种常见方法是将一束光照射在一个特殊的“非线性crystal.“这些晶体都可以将一个光子分裂成两个能量更低、波长更长的纠缠光子。
“机会是巨大的，我们只是触及了表面。”
-Igal Brener，桑迪亚国家实验室
传统的产生纠缠光子的技术并不灵活——它们只在特定的波长范围内产生光子对，这通常是非常狭窄的，该研究的合著者说玛丽亚Chekhova他是德国埃尔兰根马克斯·普朗克光科学研究所的物理学家。这种狭窄的带宽会限制通信速率。
此外，产生纠缠光子的标准方法最终决定了纠缠光子的许多属性，比如它们的波长和偏振，Chekhova补充道。她解释说，如果想进一步操作这些特征，就需要更多的设备。
此外，非线性晶体通常体积较大。对于需要大量纠缠光子的应用程序来说，这可能很麻烦。“量子计算源需要数十或数百个笨重的晶体，”该研究的合著者说以甲布雷纳指出他是位于阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心的物理学家。
科学家们现在发现，只要大约半毫米厚的设备就足够了，而不是一个充满晶体、透镜、镜子、过滤器和其他设备的实验室来产生纠缠光子。设备是metasurfaces它们的表面覆盖着微小的柱子森林。
“我们只需要将一个或多个激光聚焦在一个平面样品上，其余的由超表面完成，”Brener说。
每个超表面都包括一个500微米厚的玻璃表面，上面覆盖着砷化镓结构，每个都类似于大约300纳米宽的立方体，上面刻有缺口。每个超表面纳米结构的组成、结构和位置都是量身定制的，这可以帮助科学家控制落在设备上的光的许多特征。
在这张艺术家绘制的超表面图中，光穿过微小的矩形结构——超表面的组成部分——并产生了不同波长的纠缠光子对。桑迪亚国家实验室
将激光束照射到这些超表面上可以产生纠缠光子。“一个单一的超表面，原则上可以产生几种类型的纠缠光子对，”Brener说。“使用多个光子对创建更复杂的量子态可以带来新的或更有效的量子计算方法，传感加密等等。”
此外，超表面可以操纵一系列纠缠光子的特征，“但我们还没有探索这种自由度，”Brener说。“机会是巨大的，我们只是触及了表面。”
目前这些超表面的处理效率较低。“我们的速度不到每秒一对，而标准晶体每秒能产生数十万对，”契诃娃说。然而，她指出，对这些设备的进一步改进可能会将效率提高至少1000倍。
该小组的研究在一项研究中有详细说明在线8月25日科学。
