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文|陈根
通常情况下 ， 用于控制原子的激光器 ， 需要借助隔离器来阻挡不必要的反射 。 然而此前在大量实验中运行良好的隔离器 ， 已被证明难以进一步小型化 。 即使在最佳情况下 ， 光也会在遇到隔离器各种表面时被反射、吸收和折射 。
此外 ， 在大型量子设备中进行光路控制是一项挑战很大的任务 ， 其涉及到许多镜面、透镜、光纤等组件 。 而想要实现整体装置的小型化 ， 也需要从多方面着手 。 幸运的是 ， 过去几年 ， 科学家们已经在微芯片的光控制元件设计方面取得了一定成果 。
例如 ， 通过制造波导（光传输通道） ， 甚至能够利用某些材料来改变其颜色 。 然而要想使微小光点（光子）沿单向移动、同时抑制不需要的向后反射 ， 依然是一件棘手的事情 。
【陈根：新型声子介导片，有望推动量子技术小型化】近日 ， 从光子的独特性质出发 ， 伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）的研究团队用铌酸锂制造了780nm / 1550nm波长的片上隔光器 。 测量结果表明 ， 其隔离方法优于此前所有片上替代方案 ， 且针对原子基传感器的兼容性实施了优化 。
光子是光线中携带能量的粒子 ， 一个光子能量的多少正比于光波的频率大小 ， 频率越高能量越高 。 当一个光子被原子吸收时 ， 就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道 ， 具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态 。
该隔离器包含一个波导和一个相邻的环形谐振器 ， 整体看起来像是一条长方形的跑道 。 一般无论光是从哪个方向射入的 ， 都会经由波导进入谐振器 ， 从而阻挡所有光流 。 但当研究人员将声波施加到环上时 ， 谐振器就只捕获通过波导向后移动的光 。 在前进方向上 ， 光会畅通无阻地通过波导 。
实验结果表明 ， 几乎每个光子都向前移动通过波导 ， 而向后移动的几率低至万分之一 。 这意味着该设计已将损耗（不需要的光吸收）降低到了接近于零的水平 ， 有效化解了此前片上隔离器长期存在的难题 。
未来 ， 该光子隔离方案有望推动量子技术的小型化 。
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