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研究人员首次展示了基于元透镜阵列的量子光源。该方法为高维光子纠缠和多个光子的连贯控制提供了一个很有前途的平台，使其适合推进量子技术，用于安全通信、计算和其他应用。
这项工作利用了在光学表面上用微小的、精确排列的纳米/微结构控制光线的能力。结果称为元表面。香港理工大学的蔡定平将在7月26日至30日举行的远程OSA高级光子学大会上介绍这项研究。蔡定平的演讲定于7月27日19：00至19：15进行。
“我们的结果表明，元表面可以为复杂量子态的生成和控制提供一条途径，不仅能提高量子系统的维度，还能实现多个光子的连贯控制，从而为先进芯片上量子光子信息处理的发展提供一个紧凑实用的平台。”蔡定平说。
量子技术可以使用光子对信息进行编码，光子是光的基本单位。虽然经典计算机仅使用两种状态（0和1）对信息进行编码，但量子设备在光子之间的关系中编码信息。一对纠缠的光子可以包含多个量子态，允许它们比经典数字系统保存更多的信息。
在新的工作中，蔡定平和同事创造了一种量子光源，该量子光源产生100对耦合并叠加在彼此的缠结的光子。通过同时生成缠结的光子对，可以使用该方法在微小芯片中编码大量信息。
为了实现这一目标，研究人员组合了一个元镜头阵列，一种使用微小天线的元镜面，精确地引入光的波前，用非线性晶体（Bab2O4）将较高能量的光子转换成一对缠结的光子利用自发参数下转换较低的能量。用先进的纳米制作过程制成的元镜头包括一系列氮化镓（GaN）纳米柱800nm高。光从激光通过10x10元透镜阵列泵浦，然后通过非线性晶体，产生100个缠结的光子对。
由于光子之间的量子纠缠取决于元表面设计，研究人员说，这种方法比现有的量子源在光的操纵上具有更大的灵活性，为量子光学技术开辟了新的途径。"我们基于金属阵列的量子光子源紧凑、稳定且可控，为集成量子器件指明了一个新的平台，"蔡教授说。
研究人员验证了由此产生的量子状态，其保真度分别为98.4%、96.6%和95.0%。他们还证实，该源具有良好的光子无分辨性，这是多光子量子源的一个重要特征，以及适当的功率依赖性。这项令人兴奋的新研究可能有助于量子信息科学在未来的日常生活中实现许多应用，如支持量子的安全移动通信、电子邮件访问、在线交易、无现金支付、ATM 和电子银行，以及机器学习、人工智能和神经网络等高水平计算任务。
蔡教授的研究小组致力于继续他们基于元光学的量子应用工作。据悉，蔡教授所在的香港理工曾与南京大学、中国科学技术大学、台湾大学、中央研究院、联合大学和华东师范大学携手进行量子资讯光学的尖端研究，并将研究成果整合于 “高维度量子纠缠光源芯片”一文，该论文于2020年6月已发表于国际顶尖学术期刊《科学》。
OSA高级光子学大会（注册）讨论了光子设备研发及其在网络中的使用的许多方面。该活动考察了集成光子电路和独立组件、纳米光子和量子器件及概念、新材料、光学互连、交换技术、信号处理、光伏太阳能电池、发光二极管、网络虚拟化及相关主题。活动将采用基于东部夏令时（EDT， UTC-04：00）的时间表，以虚拟的网络会议形式呈现。与会者可以选择按需观看直播或录播。
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