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低能耗高精度 超微型光学相位调制器精准操控激光
2025年12月16日 17:04:03
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：4683
一个由美国科罗拉多大学博尔德分校与桑迪亚国家实验室联合研究团队成功研制出了一种尺寸近乎人类发丝直径的百分之一的超微型光学相位调制器，这种相位调制器能够以极低功耗、极高精度操控激光频率，为后续量子计算机技术的发展提供重要支撑。
激光是原子受激辐射的光，是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，以光子的形式放出的能量，因此在保留基本的光学属性同时，激光相比普通光源在单色性、方向性以及相对亮度上，都有更突出的表现。也正因如此，激光在众多领域得到应用，成为了20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一项伟大发明，被冠以了各式各样的名号。
而为了更好的利用激光，实现对激光更精准的控制，同时降低激光的使用成本，科学家开始在激光器及相关的产品上寻求突破，发展出了各式各样的高精尖产品，为激光的应用与发展不断注入活力。
近日，一项关于激光的新成果被公开。据悉，一个由美国科罗拉多大学博尔德分校与桑迪亚国家实验室联合研究团队成功研制出了一种尺寸近乎人类发丝直径的百分之一的超微型光学相位调制器，这种相位调制器能够以极低功耗、极高精度操控激光频率，为后续量子计算机技术的发展提供重要支撑。
量子计算机是一种以量子比特为基本存储单元，以量子动力学演化为信息计算基础的设备。由于需要精准操控量子比特，因此量子计算机本身十分依赖激光控制技术的发展情况，激光是执行量子算法的“指纹”。通常要确保量子计算机运行，首先要保证激光束的稳定与频率精确，具体标准大概要求激光的频率精确到十亿分之一甚至更高，而这对光学调制器提出了极高要求。
现有的桌面级电光调制器不仅体积庞大，功耗和发热也非常大，并且难以扩展到成千上万条光学通道，这也是现阶段量子计算规模化受限的一个重要原因。而此次研制的超微型调制器不但能够实现每秒振荡数十亿次的微波频率振动，能够在芯片上高效产生稳定的新激光频率，并且微波功耗仅为多种商用调制器的约1/80。
不仅如此，低功耗带来的低发热也赋予了芯片更大的设计空间。简单来说就是可以将更多光学通道紧密排列并集成在同一块芯片上。这对于量子计算的发展有着重要的影响。更重要的一点是，这背后涉及的生产工艺并非很难实现，事实上，现在阶段CMOS工艺已经可以满足生产需要。或许随着技术的进一步完善，高度集成、低功耗的光子芯片距离问世仅仅只是时间问题。
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