加埃塔研究團隊發明新型光子帶隙光纖

　　加埃塔研究團隊發明的設備使用了一種新型光纖，名為光子帶隙光纖（photonic bandgap fiber）。這種纖維中間是空的，被蜂巢狀的玻璃微管包圍。蜂巢可以作為衍射光柵折射光線，除了傳送光線的基本波長附近很窄的區域，其他波長的光線會被抵消。新設計出的光纖可以用來測量光線中光子的數量。

　　光子帶隙光纖的橫截面圖。微小的玻璃管圍繞在光纖核周圍，并可以彎折光波讓它們干涉并相互抵消，把光束的所有能量集中在空核中。

　　在量子計算中，信息比特，也就是量子比特（qubits）由單個原子或光子的狀態決定。我們只有知道如何獲得這些粒子的狀態才能應用量子計算?？的螤柎髮W的研究讓我們朝著不干擾光子但又能檢測到它們存在的目標又靠近了一步。

　　在實驗中，研究人員混合了兩股光線。一股光線很強；另外一股光線的信號很弱，只包含了不到20個光子。強度較大的那股光線的相位可以隨著較弱光線的光子數成比例改變。

　　“人們的理想要求是可以測量單個光子，并且不破壞它。”康奈爾大學應用和工程物理系（applied and engineering physics）的系主任和教授亞歷克斯·加埃塔（Alex Gaeta）說。“不過，也有一些有趣的量子信息算法可以應用到幾個光子上。”切換只含一個光子的光線就像傳統電子計算機中的“門”，1和0作為輸入可以切換同樣由1和0組成的輸出。在未來，這種方法可以通信量子計算機中量子比特的狀態，或者光子本身可以作為量子比特。

　　加埃塔研究團隊發明的設備使用了一種新型光纖，名為光子帶隙光纖（photonic bandgap fiber）。這種纖維中間是空的，被蜂巢狀的玻璃微管包圍。蜂巢可以作為衍射光柵折射光線，除了傳送光線的基本波長附近很窄的區域，其他波長的光線會被抵消。這樣光線就被限制在核心變得更強。和傳統的玻璃光纖相比，這種光纖的優勢在于它的核心可以充滿氣體。

　實驗被發表于2012年12月2日的《自然·光子學》（Nature Photonics）網絡版上。研究人員用銣蒸汽把9厘米長的光纖的核心充滿，用來產生克爾效應（Kerr effect），讓光纖的震蕩電磁場和電子的電磁場互相作用，改變介質的折射率以改變光線傳播的方式。弱光線可以改變銣蒸汽的折射率以及強光線的相位，并可被測量。整個過程不會改變強光線中的光子數目。

　　改變信號的強度，也就是光子的數量后，研究人員可以測量出每個光子相位大約0.3毫弧度（角度單位）的變化，這也意味著單個光子最終將可被探測，而能做到這點的設備也可以用來計數光子。改變強光線脈沖的時?？梢园l現系統的反應時間小于5納秒，說明強光的頻率可以調制為50 MHz。

　　在制冷溫度下也有類似的設備可以做類似的測量，但研究人員表示，在室溫條件下做到這點尚屬首次。

　　這項研究由美國國家科學基金資助。