http://phys.org/news/2015-01-entanglement-chip-breakthrough-faster.html
Jan 26, 2015
與（哈比人）比爾博的魔戒（那會糾纏人心）不同，工程師創造出一種新的微型環（micro-ring），能使單一光子糾結，這在新一代技術中是重要的第一步。
量子糾結（Entanglement，量子糾纏） -- 二粒子間即時的連接，不管它們的相距多遠 -- 在所有物理學中是最迷人且最有希望的現象之一。正確地駕馭這些糾結的光子將能革新運算、通訊與網路安全。雖然在實驗室中能輕易製造，且堪比大型光電子元件，不過一個穩定的、能裝到一般電腦晶片上的糾結光子來源則一直都難以窺見。
新研究，在 The Optical Society (OSA) 的新高影響力期刊 Optica 中報導，描述一個科學家團隊如何率先開發出一種微型元件，那小到足以塞入一個標準的矽晶片中，且能夠不斷提供已糾結的光子。
這款新設計基於一種已確立的矽技術，稱為微環共振器（micro-ring resonator）。所謂的共振器實際上是一個被蝕刻到矽晶圓上的環路（loops），能將光子圈住（corral），之後重新發射。藉由調整共振器的設定，研究者創造出一個新奇的糾結光子源，那非常地小，且效率超高，使得它成為理想的晶片上元件（on-chip component）。
"我們新光子源的主要優勢是：同時具備微小、明亮（bright）以及矽基，" Daniele Bajoni 表示，義大利帕維亞大學（UNIPV）的研究者，論文的共同作者。"環形共振器的直徑只有 20 微米，那大約是人類頭髮的十分之一寬。先前的光子源比我們所開發的要大數百倍。"
從糾結到創新（From Entanglement to Innovation）
科學家與工程師早知糾結光子龐大而實用的潛力。這種令人好奇的量子物理學現象，愛因斯坦稱之為「鬼魅般的遠距作用（spooky action at a distance）」，在真實世界技術中有二種重要的影響。首先，如果某樣東西作用在某一端的糾結光子上，另一端將會立即回應此作用，即便它位於電腦晶片的另一側，或甚至在銀河系的另一端。這種行為能用來增加計算能力與速度。第二個影響是，這二個光子，在某種意義上，能被視為一個單一實體，那將使新的通訊協定能對間諜行為免疫。
這看似不可能的行為對於某些次世代技術 -- 例如比當今最先進的超級電腦還要更加強大的電腦，以及安全的遠距通訊 -- 的發展而言卻是必要的。
在晶片上創造糾結（Creating Entanglement on a Chip）
不過，為了讓這些新技術能夠運作，需要新的糾結光子發射器：能夠輕易地整合到現有的矽晶片技術。達成這種目標非常具有挑戰性。
到目前為止，糾結光子發射器 -- 那主要以特別設計的結晶體製成 -- 只能被縮小到只有幾 mm，不過對於晶片上應用來說，那還是大了好幾個數量級。此外，這些發射器需要大量的電力，而這對於遠距通訊及運算來說是貴重物品。
為了克服這些挑戰，研究者探索環形共振器成為新糾結光子來源的潛力。這些建制完善的光電元件能像其他半導體晶片上的元件那樣，輕易地被蝕刻在矽晶圓上。為了要「激發（pump）」 -- 或提供動力給 -- 共振器，一道雷射光束直接沿著光纖進入樣本的輸入端，然後與共振器耦合，在此光子逐環而行。這創造一個理想的環境讓光子混合與變成糾結。
當光子離開共振器時，研究者能夠觀察到有很高比例的光子展現出糾結的辨別（telltale）特徵。
"我們的裝置能夠發出具有明顯量子力學特性的光，那不曾在一個積體來源中觀察過，" Bajoni 說。"糾結光子的產生率，對於一個矽積體來源而言是空前的，且能與那些來自大型結晶體的相比（那必須以非常強的雷射激發）。
應用與未來技術（Applications and Future Technology）
研究者相信他們的研究與一種典型的量子效應，糾結，格外相關，因為它首度在一個完善建立的技術中展現。
"過去幾年來，矽積體裝置已開發出能夠過濾與路由光，大部分是通訊應用，" Bajoni 觀察到。"我們的微環共振器，能輕易地與這些裝置並用，使我們朝具有完全駕馭晶片上之量子糾結的能力邁進。" 因此，這項研究能促進量子資訊技術的採用，尤其是量子加密協定，那能辦到古典加密協定所無法確保的安全通訊。
根據 Bajoni 等人表示，這些協定已經被證明與測試過。所缺乏的是一個便宜、小型、可靠的、能透過光纖網路傳播的糾結光子源，而這個問題顯然已經被他們發明解決了。
※ 相關報導：
＊ Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons
http://www.opticsinfobase.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-2-2-88
Davide Grassani, Stefano Azzini, Marco Liscidini,＊ 量子糾結隨需即得
Matteo Galli, Michael J. Strain, Marc Sorel,
J. E. Sipe, and Daniele Bajoni.
Optica, Vol. 2, Issue 2, pp. 88-94 (2015)
doi: 10.1364/OPTICA.2.000088
＊ 科學家首次證明原子系綜間的量子遙傳
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