科學(xué)家制作超高精度微腔 為量子計算機鋪墊

　　來(lái)自阿斯頓大學(xué)和機械與光學(xué)大學(xué)的研究人員展示了一種前所未有的制作光學(xué)諧振腔的新方法，其制作精度要小于一個(gè)氫原子的直徑，這個(gè)尺寸比目前同類(lèi)設備目前的制作精度還要小100倍。利用此精度的制作方法，可創(chuàng )造的微諧振器可以使研究人員開(kāi)發(fā)出更復雜的光路并允許工程師使用它用于光的長(cháng)期信息存儲。

　　在這項已發(fā)表于《光學(xué)快報》雜志上的研究中，MichaelSumetsky和NikitaToropov描述了以這種方式制作的瓶狀諧振器，它們之間的尺寸差異不超過(guò)0.17埃。這種大小的變化比氫原子的直徑還要小10倍，小于一個(gè)納米的100倍。相比之下，目前的微諧振器的制造精度仍在納米測量。這種制造精度的飛躍，可以顯著(zhù)提高未來(lái)的光學(xué)器件的效率。

　　光子沒(méi)有靜止的質(zhì)量，據說(shuō)只有在運動(dòng)中存在。這是利用光進(jìn)行信息存儲的主要障礙之一。不能使光子停止。然而，由光子攜帶的數據流是有可能被延遲的，例如通過(guò)一系列的為微靜電諧振器進(jìn)行捕獲光束。

　　一個(gè)瓶狀的微諧振器是一個(gè)微小的增厚的光纖。在這樣的微信號的延遲是由于“回音壁”效應：一旦光在微諧振器里面，光波就會(huì )在壁上發(fā)生反射并開(kāi)始循環(huán)。由于微諧振器的球形形態(tài)，光可以運行相當長(cháng)的時(shí)間，大大減緩了光子從一個(gè)諧振腔到另一個(gè)沿光纖諧振腔的運動(dòng)時(shí)間。

　　光的方向可以通過(guò)改變微諧振器的形狀和大小進(jìn)行調節。然而，在這些參數中的任何變化都必須是非常微妙和精確的，因為即使它的表面上的最輕微的缺陷，也會(huì )使得光束發(fā)生破壞。“當光傳輸很長(cháng)一段時(shí)間后，它開(kāi)始影響到光的本身，”MichaelSumetsky說(shuō)。“如果在微諧振器的制造過(guò)程中發(fā)生錯誤，我們將會(huì )失去了對系統的控制。這就是為什么有兩個(gè)要求，必須滿(mǎn)足：微諧振器的尺寸最小偏差和低的光損耗。我們研究中的這種微諧振器恰好符合。”

　　值得注意的是，這個(gè)技術(shù)不是基于任何現有的方法，而是創(chuàng )建一個(gè)完全新的諧振器的方法。“我們不打算改進(jìn)任何現有的技術(shù)，而是利用我們自己的方式進(jìn)行制作，”NikitaToropov說(shuō)。“我的合著(zhù)者Sumetsky教授，值得把這一成就歸功于他。幾年前，他創(chuàng )造了一種制作微諧振器電路的新的技術(shù)平臺，稱(chēng)為SNAP(表面納米級軸向光子學(xué))。”

　　SNAP方法的本質(zhì)在于通過(guò)激光控制引入不均勻性到纖維表面。這種激光不會(huì )熔化纖維是至關(guān)重要的，但通過(guò)褪火去除內部的冷卻應力。當這些應力消失，纖維會(huì )發(fā)生一點(diǎn)膨脹，微諧振器就會(huì )形成。

　　這種新技術(shù)的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性。“我們的技術(shù)不需要真空，實(shí)際上幾乎是免費的一種‘加濕’的過(guò)程，這大大降低了成本。但最重要的是，這是邁向全光器件，將提高數據傳輸和處理的質(zhì)量和提高能源效率的一步，”NikitaToropov說(shuō)。

　　根據研究人員的說(shuō)法，用輸入光到拉成錐形的光纖腔纖維的脆弱性是一個(gè)挑戰。“這種纖維比頭發(fā)細50倍，”NikitaToropov說(shuō)。“這是很容易打碎的，所以我們不得不反復重新實(shí)驗的。因此快速的制備超細纖維仍很遙遠。”

　　現在，研究人員正計劃繼續制備先進(jìn)SNAP設備的技術(shù)的發(fā)展，其應用范圍覆蓋從超靈敏的檢測設備到量子計算機等。