2021年4月26日,加利福尼亚州斯坦福市,斯坦福大学的研究人员开发了一种光学设备,该设备可以将光束中单个光子的频率微调和更改为几乎任何颜色的混合。新的光子架构在数字通信,人工智能,量子计算等领域具有潜在的应用和重大意义。


该结构由用于光的低损耗导线组成,该导线充当一种高速公路,光子类似于汽车。然后,光子进入一系列环,类似于高速公路三叶草的坡道。每个环都有一个调制器,用于调制通过的光子的频率。该设备可以设计成具有所需的任意数量的振铃,并且工程师能够精细地控制调制器以拨入所需的频率变换。


斯坦福大学开发了一种光学设备,可以微调单个光子的频率


斯坦福大学电气工程学教授,描述该工作的论文资深作者范善辉说:“这种功能强大的新工具使工程师无法控制以前所能控制的程度。”


光子的颜色由光子共振的频率决定,而该频率又是其波长的一个因素。例如,红色光子具有相对较低的频率和大约650 nm的波长。蓝色的频率更高,波长约为450 nm。


例如,使用此技术进行的简单转换可能需要将光子从500 nm移至510 nm。正如人眼所看到的那样,这将是从青色到绿色的变化。


该系统能够进行更为复杂和复杂的转换。为了解释,范提供了一个入射光流的示例,该光流由500 nm范围内的20%光子和510 nm处的80%光子组成。借助这种新设备,工程师可以在保留光子总数的同时,将其比例在500 nm处微调至73%,在510 nm处微调至27%。就此而言,该比例可以是37%和63%。在量子应用中,单个光子可能具有多种颜色,该设备也可以更改这些颜色的比率。


该论文的第一作者,范研究实验室的研究生Siddharth Buddhiraju说:“我们说这种设备可以进行'任意转换',但这并不意味着'随机'。” 他现在在Facebook Reality Labs工作。“相反,我们的意思是我们可以实现工程师所需的任何线性变换。这里有大量的工程控制。”


斯坦福大学开发了一种光学设备,可以微调单个光子的频率


研究人员设想的应用包括用于AI的光学神经网络,该网络使用光而不是电子执行神经计算。创建光神经网络的现有方法实际上并没有改变光子的频率,而只是改变单个频率的光子的路径。研究人员说,通过频率操纵执行这种神经计算可以使设备更紧凑。


这项研究发表在《自然通讯》上。



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