在量子信息革命的浪潮中，光子芯片作為未來(lái)信息技術(shù)的核心載體，正引發(fā)全球科技界的高度關(guān)注。近日，中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王雪華教授和廖澤陽(yáng)副教授研究團(tuán)隊(duì)在《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表突破性成果，創(chuàng)新性地提出一種原子尺度光子偏振調(diào)控器的實(shí)現(xiàn)方法，為構(gòu)建高密度信息編碼和信息處理的光量子集成芯片提供了關(guān)鍵技術(shù)方案。這項(xiàng)成果不僅解決了傳統(tǒng)光子偏振調(diào)控器件體積龐大、響應(yīng)速度慢的難題，更以原子級(jí)別的尺度和量子光學(xué)原理的巧妙運(yùn)用，為光量子芯片的規(guī)?；l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

未來(lái)的新技術(shù)：原子尺度的光子偏振調(diào)控器

光子偏振態(tài)的按需調(diào)控是光量子芯片的核心挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)方案依賴(lài)宏觀(guān)晶體或超構(gòu)材料，難以滿(mǎn)足集成化需求。王雪華團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出將三能級(jí)量子輻射子（如原子、分子或量子點(diǎn)）與光波導(dǎo)集成的創(chuàng)新方案。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的耦合機(jī)制，使量子輻射子與兩個(gè)正交偏振波導(dǎo)模式相互作用，并利用外部相干光場(chǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控。

這一方案的突破性體現(xiàn)在三個(gè)維度：超高密度可集成性—器件尺寸縮小至原子尺度，為芯片上集成百萬(wàn)級(jí)調(diào)控單元提供可能；超高速可重構(gòu)性—通過(guò)調(diào)節(jié)外部光場(chǎng)參數(shù)，偏振態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間可縮短至皮秒量級(jí)，遠(yuǎn)超現(xiàn)有技術(shù)水平；高抗耗散與高保真度—基于類(lèi)電磁感應(yīng)透明效應(yīng)，系統(tǒng)損耗降低 90% 以上，偏振轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 98%。

技術(shù)原理解析：量子光學(xué)與微納光子學(xué)的深度融合

該調(diào)控器的工作原理源于量子系統(tǒng)的相干操控。三能級(jí)量子輻射子被設(shè)計(jì)為 “量子開(kāi)關(guān)”，通過(guò)激光驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同偏振模式間的躍遷。當(dāng)外部相干光場(chǎng)與量子系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)，光子的偏振態(tài)在兩個(gè)波導(dǎo)模式間高效轉(zhuǎn)換，同時(shí)利用電磁感應(yīng)透明效應(yīng)抑制非相干散射，確保信號(hào)的高保真?zhèn)鬏?。這種設(shè)計(jì)巧妙地將量子光學(xué)的相干調(diào)控優(yōu)勢(shì)與微納光子學(xué)的集成特性相結(jié)合。

光子芯片的偏振調(diào)控能力直接影響其信息處理密度和速度。王雪華團(tuán)隊(duì)的成果在以下領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力：在量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)光子偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)編碼，提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性和容量。光計(jì)算與人工智能利用偏振態(tài)并行處理特性，構(gòu)建新型光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，加速矩陣運(yùn)算和圖像識(shí)別。

團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)：十年磨一劍的創(chuàng)新之路

王雪華教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期深耕微納光子學(xué)與量子物理的交叉前言領(lǐng)域，形成了系統(tǒng)性創(chuàng)新能力。經(jīng)過(guò)6年多的攻關(guān)，他們?cè)趪?guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了高性能可集成微納量子光源，被國(guó)際同行譽(yù)為該領(lǐng)域的“重要里程碑”；他們十多年堅(jiān)持不懈，開(kāi)展人工室溫量子態(tài)和技術(shù)的研究，解決了人工室溫單量子態(tài)難以高效實(shí)現(xiàn)的難題，為量子技術(shù)擺脫低溫限制邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。團(tuán)隊(duì)的研究成果先后入選 “中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”、“中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”（2次） 和“中國(guó)半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展”等權(quán)威榜單。

王雪華教授團(tuán)隊(duì)

在量子科技這場(chǎng)全球競(jìng)賽中，王雪華團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)出獨(dú)特的創(chuàng)新基因。這支平均年齡不足 40 歲的隊(duì)伍，通過(guò)跨學(xué)科協(xié)作構(gòu)建起 "理論-材料-制備-器件" 全鏈條研發(fā)體系，在固態(tài)量子光源和室溫量子態(tài)領(lǐng)域保持著國(guó)際領(lǐng)先水平。從跟跑到并跑再到努力超前的創(chuàng)新軌跡，正是我國(guó)實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的生動(dòng)縮影。正如王雪華教授所言："我們正以光為刃，為雕刻屬于中國(guó)的量子科技未來(lái)添磚加瓦。"

從量子光源到偏振調(diào)控，王雪華團(tuán)隊(duì)的系列突破勾勒出我國(guó)光量子芯片發(fā)展的清晰路線(xiàn)圖。這項(xiàng)原子尺度的創(chuàng)新成果，不僅是物理學(xué)原理的精妙演繹，更是我國(guó)在關(guān)鍵核心科技領(lǐng)域自主創(chuàng)新的生動(dòng)實(shí)踐。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，光子芯片將加速融入人工智能、量子通信等戰(zhàn)略領(lǐng)域，為我國(guó)搶占全球科技制高點(diǎn)提供強(qiáng)有力支撐。正如團(tuán)隊(duì)成員所說(shuō)：“我們的目標(biāo)，是讓中國(guó)的光量子芯片照亮未來(lái)信息技術(shù)的星空?！?/p>

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