新開發一種超薄超穎介面，一次產生多對量子糾纏光子

一個比紙薄 100 倍但表面刻著精確圖案的超穎介面（metasurface），可以取代一屋子光學設備。來自美國與德國的科學家最近開發出一種更簡單的超穎介面裝置，能一次性產生多對量子糾纏光子，該研究可以幫助科學家理解控制奇怪但有用的量子力學現象，使未來的電腦、感測、加密技術所需元件變得更小更強大。

一種稱為糾纏的量子效應很奇怪，當 2 個粒子糾纏後彼此彷彿產生靈魂共鳴，只要操縱其中 1 個粒子，另一個粒子夥伴無論相距多遠都會跟著被影響，這種現象構成了量子電腦、量子加密等新興技術的基礎。

其中要產生糾纏的光子對相當棘手，通常需要大型雷射陣列、專用晶體和其他光學設備才能完成，於是奈米工程材料「超穎介面（metasurface）」便成為更有效利用糾纏現象處理訊息的另一扇大門，來自美國桑迪亞國家實驗室與德國馬克斯普朗克研究所的科學家們對此進行了開創性裝置研究，開發出比一張紙還要薄 100 倍的超穎介面。

團隊設計的超穎介面由稱為砷化鎵的常見半導體材料製成，表面精確刻蝕了特殊紋路，當光束穿過奈米級結構的超薄樣品時能產生復雜的糾纏光子網：一次不僅一對，而是好幾對具有不同波長的糾纏粒子，構成一整張糾纏光子網。

第一波超穎介面研發浪潮已建立且逐漸發展，科學家將能在糾纏光子群引發量子糾纏，廣泛應用於量子電腦、加密、通訊等領域。雖然在此之前，該團隊也表示新結構產生糾纏光子的效率還不夠高，但看在超穎介面與量子光學能徹底改變消費產品設計、製造，也許會出現第二波創新應用浪潮。

新論文發表在《科學》（Science）期刊。

• A thin device triggers one of quantum mechanics’ strangest and most useful phenomena
• Metasurfaces offer new possibilities for quantum research
• Ultrathin metasurface produces web of quantum entangled photons

（首圖來源：桑迪亞國家實驗室）