单光子层面实现光束精准控制

国普渡大学研究团队实现了单光子层面精准控制光束，并以此研发出一种能在单光子强度下工作的“光子晶体管”，这是实现光基技术全部潜力的关键一步，可为光子芯片研发与量子计算研究铺平道路。相关成果发表在最新一期《自然-纳米技术》期刊上。从光纤通信到量子传感器，光子技术支撑着数字世界的运行。而随着对更快、更高效计算和通信系统的需求不断增长，能够在单光子层面精准控光，无疑是迈向光子时代的至关重要的一步。长久以来，科学家一直难以实现用单个光子去控制另一束光，因为这就像用一根火柴去点燃一盏探照灯，听起来几乎不可能。此次突破的核心在于，它能让一个微弱到只有一个光子的控制光束，去调制或开关一束强大的探测光。在此之前，传统材料的光学非线性效应非常微弱，通常需要极高功率的激光才能让两束光相互作用。鉴于此，研究团队巧妙地利用了商业单光子探测器中常见的“雪崩倍增”原理，当一个光子撞击硅片时，会像引发雪崩一样产生多达100万个电子，从而将微弱的量子信号放大成宏观上可测量的电流。利用这一过程，团队实现了光束间的巨大非线性效应，让单个光子拥有了控制宏观光束的能力。

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