德国研究人员使用被俘获的原子整形光子

德国加兴市麦克斯-普朗克量子光学研究所的Olivier Morin及其同事搭建了第一个重塑单个光子时变轮廓的系统。该团队通过微调脉冲激光束的特性来操纵单个被捕获的原子，以发出和吸收具有所需形状的光子。他们的成果可以为有效交换量子信息带来重要的进展。

光子是光的量子，可以描述为穿过太空的波包。光子的波函数会随时间扩展，这种分布的特定性质是光子的时间形状或模式。光子用于交换量子信息，控制光子的时间形状的能力可用于增强量子网络的性能。但是，目前很难可靠地创建具有特定时间形状的光子，这阻碍了量子通信网络的发展，尤其是那些具有许多发射器和接收器的量子通信网络。

激光和铷原子用于光子整形

铷原子

现在，Morin的团队已经解决了这个问题，他们提出了一种在单光子到达接收器之前重塑它们的时间模式的方法。他们的计划包括在光腔内捕获铷原子，并在光子撞击接收器之前让该原子与携带单个信息的光子相互作用。脉冲激光束使该原子吸收具有一种时间形状的光子，然后发射与接收器兼容的具有不同时间形状的光子。

通过使用这种技术，Morin及其同事能够将单个光子的时间宽度从0.5 ms更改为0.5 µs ，即将宽度缩小了1000倍。他们还能够将宽度更改回0.5毫秒。他们的系统首次展示了在几个数量级上对单个光子随时间变化的波函数的完整，灵活和精确控制的演示。

Morin及其同事说，他们的技术可能会成为将来创建分布式量子信息系统的重要工具。研究人员设想的可能的应用包括全光量子通信系统。另外，光子整形设备甚至可能成为非局部量子云的重要组成部分，这将支持量子信息的快速交换。该研究目前发表于“Physical Review Letters“中进行了描述。