图片来源：德尔夫特理工大学卡夫利纳米科学研究所。
上图是人们对微波光声换能器的艺术化想象。电极（左上角，金色）发射声波，声波可以在光子晶体纳米束（右下角）中进行光学测量。该装置用于演示在量子噪声极限下微波GHz和光电信信号之间的相干转换过程。
德尔夫特理工大学（delft university of technology）研究人员已经在微波和光学领域的信号之间的量子态转换研究方面更进一步。这对于将未来的超导量子计算机连接到一个全球量子网络是非常有意义的。最近他们在《自然物理学Nature Physics》和《物理评论快报Physical Review Letters》上报道了他们的发现。
微波和光学领域中的信号之间的转换是人们非常感兴趣的，特别是对于将未来的超导量子计算机连接到全球量子网络中来说。许多领先的量子技术，包括超导量子比特和量子点，在微波领域通过光子共享量子信息。虽然这允许了令人印象深刻的量子控制程度，但由于信息很容易丢失，这也限制了实际传输距离，仅为几厘米。
同时，在光学量子通信领域，已经出现了能够提供实际应用的远距离演示。“通过在光通信波段传输信息，可以设想数十公里甚至数百公里的基于光纤的量子网络。”德尔夫特理工大学的simon groeblacher教授说：“为了将几个远距离的量子计算节点连接到一个量子互联网，因此能够将量子信息从微波转换到光学领域，然后再转换回来是至关重要的。这不仅对于量子应用非常有趣，而且对于经典光和电信号之间高效、低噪声的转换也非常有趣。”
基态
为了实现微波-光学转换器，人们已经采取了几种有前途的方法，例如通过机械系统（振荡器）耦合信号。但到目前为止，它们都是在巨大的热噪声背景下运行的。“我们已经克服了这一限制，并证明了在热背景噪声最小的情况下，GHz微波信号和光电信频带之间的相干转换，”两位主要作者之一Moritz Forsch解释说。
为了达到这个目的，有必要将机械振荡器冷却到量子基态运动。低热占位是量子控制力学状态的基础。另一位主要作者Rob Stockill继续说：“我们使用集成的片上光电机械装置，将由共振微波信号驱动的表面声波耦合到光电晶体上。我们在量子基态下初始化了机械模式，这使得我们能够在附加热噪声最小的情况下执行转换过程，同时保持映射到机械谐振器的微波光子有效地上转换到光学域。”
压电材料
Groeblacher的团队最近在这一领域又向前迈进了一步，他们专注于新型压电材料的应用。这些材料由于机械应力而产生电场，对不同载体之间的量子信息传递具有重要意义。原理上，机电耦合允许在这种材料的微波和光学频域之间传输量子态。因此，一种很有前途的方法是制造集成压电光机器件，然后耦合到微波电路上。
“我们设计并表征了这样一种由磷化镓制成的压电光机器件，其中2.9GHz的机械模式耦合到电信波段的高质量因数光学谐振器。巨大的电子带隙和由此产生的这种新材料的低光吸收，与硅制成的器件一样，使我们能够演示这种结构的量子行为，”Groeblacher教授说。
下一步研究
该器件由磷化镓（GaP）制成，远远超过目前GaAs或其他压电材料的成就，这些压电材料通常采用类似的方法。下一步，研究人员将在这个参数范围内成功运行GaP器件，并进一步研究这种激励材料的使用。由于GaP具有宽的电子带隙和压电特性，这些研究结果为新的量子实验打开了大门，也为利用这种器件实现单光子的微波-光学转换开辟了可能。
来源：/news/-10-horizons-future-quantum-network.html
