摘要：研究人员已经开发了一种实现冷原子纳米光子电路的方法。...

普渡大学的研究人员在集成的光子电路上捕获了碱原子（剖宫产），其表现就像光子的晶体管（光的最小能量单位），类似于电子晶体管。这些被困的原子证明了基于冷原子纳米光子电路建立量子网络的潜力。由普渡大学科学学院物理与天文学副教授陈-Ung Hung领导的团队发表了他们在美国物理学会的发现物理评论x。

Hung解释说：“我们开发了一种技术来使用激光器在集成的纳米光子电路上冷却并紧密地捕获原子，在该电路中，光在小光子'电线'中传播，或者更确切地说，是比人头发薄200倍以上的波导。” “这些原子被'冷冻'至负459.67度，或者仅高于绝对零温度高的0.00002度，并且基本上保持静止。在这种冷温下，可以通过“拖拉机光束”捕获原子，该原子的瞄准在光子波动上，并在距离上放置在距离上比这是一个较短的niran niran n。原子可以非常有效地与光子波导中的光子相互作用。

团队在这项研究中证明的一个关键方面功能是，该原子耦合的微孔谐振器像光子的“晶体管”一样使用。他们可以使用这些被困的原子将光流通过电路的流动。如果原子处于正确的状态，则光子可以通过电路传输。如果原子处于另一个状态，则光子完全被阻止。原子与光子相互作用越强，该门的效率就越有效。

普渡大学物理学和天文学的研究生Xinchao Zhou说：“我们最多可以将70个原子聚集到光子上并在集成的光子芯片上传输。这尚未实现。”周也是今年的BILSAND论文奖学金的接受者。

整个研究团队都位于印第安纳州斐特的普渡大学。 Hung担任首席调查员并监督该项目。周进行了该实验，以诱捕集成电路上的原子，该原子是由Tzu-Han Chang在内部设计和制造的，Tzu-Han Chang是前与Birck Nanotechnology Center的Sunil Bhave教授一起工作的。实验的关键部分是由Zhou和Hikaru Tamura建立的，该研究是在研究时在Purdue的前博士后建立的，现在是日本分子科学研究所的助理教授。

周说：“我们在论文中详细介绍的技术使我们能够在集成光子电路上非常有效地激光许多原子。一旦将许多原子捕获，它们就可以与光子波导上的光集体相互作用。” “这对于我们的系统是独一无二的，因为所有原子都是相同和无法区分的，因此它们可以以相同的方式点亮并建立相干性，使原子能够以更强大的强度与光共同互动。当所有划船者划船时，当所有划船者在同步中划船时，所有划船者都会更快地移动。影响每个发射极了。

这项研究中证明的平台可以为基于中性原子的未来分布式量子计算提供光子链接。它还可以作为研究集体光 - 物质相互作用以及合成量子变性的捕获气体或超电极分子的新实验平台。

“与日常生活中使用的电子晶体管不同，我们的原子耦合的集成光子电路服从量子叠加的原理，” Hung解释说。 “这使我们能够在被困的原子中操纵和存储量子信息，这是量子位，称为Qubits。我们的电路还可以有效地将存储的量子信息传递到可以“通过光子线飞行”的光子和光纤网络，并与其他原子耦合的集成电路或量子网络构建量子，从而构建了基于量子的网络。电路。”

该团队在该研究领域工作了几年，并计划以激烈的方式追求它。他们过去与这项工作相关的研究发现包括最近的突破，例如2023年将“拖拉机束”方法实现为第一作者，以及将高效的光纤偶联实现到2022年使用美国专利申请的光子芯片。由于团队成功地证明了原子非常有效冷却并被捕获在电路上，因此新的研究方向开放了。这项研究的未来是光明的，可以探索许多途径。

洪说：“有几个有希望的下一步要探索。” "We could arrange the trapped atoms in an organized array along the photonic waveguide. These atoms can collectively couple to the waveguide through constructive interference but cannot radiate photons into the surrounding free space due to destructive interference. We aim to build the first nanophotonic platform to realize the so-called 'selective radiance' proposed by theorists in recent years to improve the fidelity of photon storage in a quantum system. We could also try to form new量子在整合的光子电路上，与原子相互作用一起研究很少的和多体的物理，我们可以将原子冷却到完全零温度，以达到量子脱位，以便将被困的原子形成强烈相互作用的啤酒和凝糖液的气体。谐振器。”

这项工作得到了美国空军科学研究办公室（FA9550-22-1-0031赠款）和国家科学基金会（Grant No. PHY-1848316和ECCS-2134931）的支持。这项工作在普渡大学图书馆的支持下发布。量子科学和工程是普渡大学计算中的四个维度之一，这是一项重大计划，使大学能够以无与伦比的卓越规模发展到最前沿。