Whoscored中文官网 | 编译自 IEEE Spectrum
用于产生纠缠光子的芯片集成量子光源的渲染图。来源：RAKTIM HALDAR/Michael Kues
基于光的量子技术可以实现几乎无法破解的通信网络和计算机，可以解决目前无法解决的问题。今天，生成奇异的光量子态需要笨重的设备，限制了任何潜在应用的可扩展性。研究人员说，一种将所有必要的组件挤在比硬币还小的芯片上的新器件可能是一个解决方案。
量子计算中大多数引人注目的结果都来自于使用超导量子比特的处理器，但像Xanadu和PsiQuantum这样的公司正在打赌，将量子数据编码在光子中，也可能是一种更强大的方法。光子也是量子通信网络的明显选择，因为它们与现有的光纤技术兼容，而且其量子状态相对稳定。
这两种应用的关键是产生一对纠缠的光子的能力，在这种情况下，无论两个粒子之间的距离有多大，它们的量子态都是内在联系的。这使得在一个量子处理器中链接许多量子比特成为可能，从而在某些问题上产生指数级的速度提升。这也是连接量子通信网络节点的关键，其方式不受窃听企图的影响。
光子学的进步使得在芯片上的纠缠光子对成为可能，而不是使用笨重的光学设备，这可以大大扩展该技术的范围。但是光子本身仍然必须由传统的激光器产生，德国汉诺威莱布尼茨大学的教授Michael Kues说："你在这个小芯片上拥有一切，但你仍然有这个大激光器，这使得它有点笨重，而且也不能真正大规模生产，这限制了可扩展性。"
在4月17日发表在《Nature Photonics》上的一篇新论文中，Kues和他的同事们揭开了第一个集成了生成纠缠光子对所需的所有关键组件的光子芯片。他们的方法依赖于合并两种不同的半导体技术来创建一个混合芯片，该芯片既能产生激光，又能将该光转化为高质量的纠缠光子。Kues说："现在这一切都在一个比一欧元硬币还小的微小器件中。
通过使用一种新颖的 "混合技术"，将磷化铟激光器和氮化硅滤光片结合在一块芯片上，光源的尺寸被缩小了1000倍以上。来源：INSTITUTE OF PHOTONICS/LUH
芯片的第一部分是一个由磷化铟制成的光放大器，这种材料已经被广泛用于制造半导体激光器。不过这种材料并不适合生成纠缠光子，因此研究人员通过波导将芯片的这一部分连接到由氮化硅制成的第二部分。这部分有一系列的 "微环谐振器"，激光被迫穿梭与圆形波导中，它们逐渐变小。
前两个环的设计是为了过滤掉激光信号中的噪声，这些噪声会干扰研究人员试图创造的量子态。当光在最后一个环上循环时，两个不同频率的激光光子被湮灭，产生一对纠缠的光子。该芯片的功率约为3瓦，能够在光通信波长（1,550纳米是光纤最常用的波长）下每秒产生8,200对纠缠的光子。
多伦多大学光子学教授Amr Helmy说："这项工作的所有部分以前都被证明过；然而，将所有部分整合在一起是一项成就“。特别是，他说将一个创新的过滤机制与其他组件整合在同一芯片上是一项重大成就。然而，这似乎是以牺牲性能为代价的，Helmy说，输出的亮度和量子态的质量都比以前的工作要差。
尽管如此，研究人员表示，将量子光源的尺寸缩小1,000倍的能力有助于将该技术带出实验室，使其更容易在现实世界部署。除了在量子计算和量子网络中更明显的用途外，Kues说，紧凑的外形因素会被证明对一些量子传感应用有用。
然而，尽管该团队所依赖的两种半导体技术都已经在工业中使用，但将两者整合的过程有可能是大规模生产的一个潜在障碍。目前，芯片的两个部分必须手动对齐，以确保波导的匹配，这将是一个难以扩展的过程，Kues说："我们现在已经证明了这种功能是可能的，但是要真正建立它，还有很多研究要做。“
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