激光在微芯片中进行量子行走 – 物理世界

瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员将一种发射单一频率（或颜色）光的微芯片激光器转变为发射多种频率光的激光器。 这种新型光梳器件的工作原理是量子行走过程，可用于制造用于环境和医疗监测的微型光学传感器，并提高电信中的数据传输速率。

由物理学家领导 杰罗姆·法伊斯特是， 苏黎世联邦理工学院研究人员 从集成到微芯片中的量子级联激光器开始。 该器件由砷化物、镓、铟和铝层组成的微环结构组成。 该环限制并引导光，当连接到直接电流源时，其中的电子被刺激快速跨越不同的层，发射出一系列光子。 当光子在环中循环时，它们会倍增，产生单一频率的相干激光。

Faist 及其同事发现，如果他们用以特定共振频率振荡的附加交流电激励该系统，发出的光会在短短几纳秒的时间内从单色变为多种颜色。 值得注意的是，在其最终形式稳定之前，发射光的光谱类似于所谓的量子行走的运动。

激光的量子行走

量子游走首先由物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出，它与通常用于模拟物理系统行为（从波动的股票市场到液体表面花粉粒的布朗运动）的经典随机游走有很大不同。 经典的随机游走就像迷路的徒步旅行者根据抛硬币来选择下一步。 例如，如果硬币正面朝上，徒步旅行者可能会向左迈一步，而反面则可能需要向右迈一步。 经过多次抛硬币后，徒步旅行者的位置将是随机的，但很可能接近他们的起点。

相比之下，在量子行走中，量子粒子在每次抛掷后实际上同时在两个方向上移动，采用左右相干叠加。 这意味着粒子总是有几种可能的路径可以到达其最终位置。

光梳状光谱

在新设备中，这种量子行走取得了显着的成果。 “不同的颜色（或频率）为发射的光增加能量，并形成光学梳状光谱，”费斯特解释道。 “光学频率彼此等距，它们的数量是根据发送到激光器的电振荡信号的频率和幅度来选择的。”

量子随机游走对叠加施加了限制

至于应用，研究人员表示，用于环境和医疗监测的微型光学传感器是可能的。 Faist 补充说，从长远来看，此类设备可以提高光通信的数据传输速率，因为激光器发出的每种颜色的光（总共多达 100 种颜色）都可以作为独立的通信通道。

研究人员报告了他们的发现 科学.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/laser-light-goes-for-a-quantum-walk-in-a-microchip/