量子光子学 Quantum photonics

2022-10-28 11:11:10 浏览:160

定义

将量子光学用于量子通信、量子计算和量子计量等应用的科学和技术。

量子光子学是将量子光学用于量子效应起着重要作用的某些应用的科学和技术:

  • 在量子通信中,人们利用例如非克隆定理来安全地防止未检测到的窃听。另请参阅有关量子密码学和量子密钥分发的文章。
  • 例如,在量子计算中,人们用量子比特编码信息,以短的qbits,作为光子或原子两种状态之间的线性叠加态。(相反,经典位始终只能处于两种状态之一,而不能处于叠加状态。如果使用 N 个 qbit 的组合,则可以叠加2N国家。在良好控制的条件下,这种qbit的相干演化取决于所有相关的量子态,因此可用于以比经典计算机高得多的速度执行某些操作。例如,应该可以执行某些操作,允许人们破解当前的密码学系统,这些系统似乎完全安全,无法使用传统(经典)技术。模拟和数字实现都得到考虑和开发;例如,有用于数字量子计算的量子逻辑门(涉及将状态投影到基本量子状态的量子测量)以及用于模拟操作的量子模拟、量子退火和绝热量子计算的方法。
  • 更一般的领域是量子信息处理,它不仅包括量子计算,还包括量子纠错、量子密码学和量子隐形传态等相关技术。

虽然量子光学是基础科学,但量子光子学表示其技术用途。它也可以称为应用量子光学。

通常,量子光子学应用涉及光和物质的产生,操纵和检测,并在量子水平上进行控制,通常涉及单光子。通常,光与物质的相互作用 - 例如,光学陷阱或量子中的单个原子或离子 - 也起着至关重要的作用。人们也可以利用量子纠缠,例如光子对内的光子之间或原子之间,或光子和原子之间。与原子和离子相比,光子的优点是表现出更弱的量子相干性损失趋势,因为它们对电场和磁场等外部影响的反应要小得多。此外,它们可以相对容易地纵。然而,重要的加工步骤通常需要与物质的相互作用。

虽然量子光子学的某些领域已经发展到可以进行首次实际应用的状态 - 特别是对于量子通信的某些方面(如量子密码学)也是如此 - 量子计算等其他领域仍在进行密集的研究,以寻求实际实现。这包括开发相对强大的微型设备,用于单光子源、量子门和量子存储器等功能。这一发展可能导致一种类似于经典光子集成电路的技术,该技术可以在相当小的体积内执行或多或少复杂的功能,并表现出良好的可制造性。然而,需要克服严重的技术障碍。例如,迄今为止开发的量子计算技术的基本部分无法扩展到更多的qbits;避免导致量子退相干的各种过程变得极其困难。因此,进一步的研究和开发不仅要进一步优化量子光子学的各种组件,还要制定出改进的概念和原理。

量子光学

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