超表面為量子研究提供新可能性

來自馬克斯·普朗克光科學研究所和弗里德里希-亞歷山大-埃爾蘭根-紐倫堡大學的科學家與桑迪亞國家實驗室合作，成功地利用共振超表面在幾個不同頻率下創造了光子對。

光子是任何形式的電磁輻射（如光）的量子（相互作用中涉及的最小量）。光子對于當前的許多研究領域和技術至關重要，例如量子態工程，這反過來又代表了所有量子光子技術的基石。在量子光子學的幫助下，科學家和工程師正在努力創造新技術，例如用于高度安全的通信通道和新型超級計算機的新加密形式。

量子態工程的關鍵要求之一是光子對的產生。傳統上，這是通過在體光學元件中使用兩種非線性效應之一，即自發參數下變頻（SPDC）或自發四波混合（SFWM）來實現的。非線性效應導致一個或兩個泵浦光子自發衰變成光子對。

泵浦光子穿過共振超表面，并在不同波長下產生糾纏光子對。

然而，這些效應需要對所涉及的光子進行嚴格的動量守恒。光子必須穿過的任何材料都具有色散特性，從而阻止了動量守恒。有些技術仍然可以實現所需的守恒，但這些技術嚴重限制了可以產生光子對的狀態的多功能性。因此，盡管非線性晶體和波導等傳統光學元件已成功產生許多光子量子態，但它們的使用是有限且笨拙的。因此，最近，研究人員研究了所謂的光學超表面。

一個超表面的掃描電子顯微照片