中國科大量子納米顯微技術(shù)研究取得進展

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中科院院士郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點實驗室任希鋒研究組近日在量子納米顯微技術(shù)研究中取得新進展，他們利用微納光纖級聯(lián)銀納米線波導(dǎo)，實現(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)中以表面等離子激元（SPP）的形式傳輸量子偏振糾纏態(tài)，其保真度可以達到93.2%，為納米光子學(xué)和量子信息的有機結(jié)合提供了新的思路。此成果在線發(fā)表于3月16日的《納米快報》上。論文的并列*作者是量子信息實驗室的博士生李明和博士后鄒長鈴。　　由于光學(xué)衍射極限的存在，使得新興的量子技術(shù)，比如量子成像、量子精密測量等，很難應(yīng)用到納米尺度的成像技術(shù)上。近年來，基于SPP的光學(xué)器件越來越引起人們的關(guān)注，它不僅尺寸小，可以突破傳統(tǒng)的光學(xué)衍射極限，而且局域場密度高，與物質(zhì)的相互作用強。盡管SPP在經(jīng)典光學(xué)領(lǐng)域得到了長足發(fā)展，但是由于其激發(fā)效率低，而且存在比較高的固有損耗，將其和量子技術(shù)結(jié)合在一起面臨著多重困難。　　任希鋒研究組利用微納光纖把波導(dǎo)中的光學(xué)模式絕熱壓縮，然后應(yīng)用倏逝波將光能量率地轉(zhuǎn)換成電子震蕩的SPP能量（理論效率超過99%），在納米波導(dǎo)中高保真度地傳輸了光子的偏振糾纏態(tài)。此工作不僅從原理上充分證明了SPP可以有效地攜帶量子信息，也為量子技術(shù)在納米尺度上的應(yīng)用解決了若干關(guān)鍵性難題，使得同時突破標準量子極限和光學(xué)衍射極限的量子納米顯微技術(shù)成為可能。此外，工作中所設(shè)計的這種雜化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有可能作為率的量子探針（整體效率7.5%），取代目前的商用近場光學(xué)探針（效率約0.1%）。　　上述研究得到了國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。