在量子光学与光子学的交叉前沿领域,由亚波长二维原子阵列构成的量子超表面,作为一种极具潜力的原子 - 光子接口,正受到广泛关注。这类量子超表面能够灵活调控光子的振幅特性,为经典与量子光学应用提供了新的自由度。然而,传统量子超表面在光子态相位控制方面存在局限,这限制了其在诸如量子信息编码、高精度量子测量及复杂量子态生成等任务中的应用拓展。微云全息(NASDAQ: HOLO)聚焦这一关键问题,开展深入研究并取得重要突破,提出了一套精确控制量子光子态相位分布的创新方案。
微云全息提出的量子全息技术,核心在于综合运用电磁诱导透明(EIT)和长程里德伯相互作用,实现对量子光子态相位的精准调控。EIT 是一种量子相干效应,通过引入强耦合光场与弱探测光场,在特定原子能级系统中,使原本对探测光吸收强烈的介质呈现出透明特性,此过程中光与原子的相互作用导致能级结构的量子干涉,从而对探测光的相位产生可控影响。长程里德伯相互作用则源于里德堡原子间的强偶极 - 偶极或范德华相互作用,里德堡原子具有较大的原子半径和高度激发的电子态,其相互作用范围可达微米量级,利用这种长程相互作用,能在原子阵列中引入额外的相位调制机制,当一个原子被激发至里德堡态时,其周围一定范围内的其他原子会受到影响,改变与光子的相互作用相位,进而实现对光子态相位分布的全局调控。
该技术的具体流程分为两步:首先是全息图制备,微云全息利用高分辨率光刻技术,在原子阵列基底上制备与目标相位分布对应的全息图结构,这一全息图作为相位调制的模板,决定后续光子与原子相互作用的路径与强度分布,例如对于复杂的多光束干涉相位图案,通过精确设计全息图的几何形状与原子布局,能引导光子在原子阵列中按预定路径传播,实现不同光场之间的精确相位匹配;其次是 EIT 与里德堡相互作用协同调控,在制备好全息图的原子阵列上,施加特定频率与强度的耦合光场和探测光场,激发 EIT 效应,此时原子系统处于量子相干态,探测光在介质中的传播特性发生显著改变,同时利用外部电场或磁场调控里德堡原子的激发态,增强长程里德伯相互作用,通过精确控制这两种相互作用的相对强度与时间顺序,使得光子在穿越原子阵列时,其相位按照全息图所编码的信息进行精确调整,比如在多体原子 - 光子纠缠态的构建中,通过调节里德堡相互作用的范围与 EIT 的透明窗口宽度,能实现对不同原子与光子之间相位关联的精细控制,从而生成具有特定相位分布的纠缠态。
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微云全息(NASDAQ: HOLO)的这一技术突破在多个量子光学领域具有广阔应用前景。在量子通信中,能够实现高保真度的量子态传输,通过精确的相位编码提高量子密钥分发的安全性与效率;在量子计算方面,有助于构建更复杂、稳定的量子逻辑门,利用精确调控的光子态相位执行量子算法;在量子传感领域,基于相位敏感的量子干涉测量技术,能够实现对微弱物理量(如磁场、电场、温度等)的超高精度探测,为基础科学研究与实际工程应用提供有力工具。随着技术的不断完善与优化,有望推动量子信息科学与技术迈向新的发展阶段。
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