一种新的光学设备允许工程师改变单个光子的频率，使工程师拥有了新的能力。

 

任何一个小学的科学学生学习的第一课就是白光根本不是白色的，而是由许多光子组成的，这些小的能量滴组成了光，从彩虹的每一种颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

 

现在，斯坦福大学的研究人员已经开发出一种光学设备，可以让工程师改变和微调光束中每个光子的频率，使其变成他们想要的任何颜色的混合物。研究结果发表在2021年4月23日的《自然通讯》杂志上，这是一种新的光子架构，可以改变从数字通信、人工智能到尖端量子计算等领域。天富登录网址

 

“这个强大的新工具将一定程度的控制权交给了工程师，这在以前是不可能的，”斯坦福大学(Stanford)电子工程教授、该论文的资深作者范山辉(Shanhui Fan)说。

 

苜蓿叶的效果

 

该结构由一根低损耗导线组成，用于传输光子流，光子流就像繁忙的高速公路上的许多汽车一样经过。光子然后进入一系列的环，就像高速公路的立交桥上的匝道。每个环上都有一个调制器，它可以将经过的光子的频率转换成我们眼睛所看到的颜色。可以有许多必要的环，工程师可以很好地控制调制器拨入所需的频率转换。

 

研究人员设想的应用包括用于人工智能的光神经网络，该网络利用光而不是电子进行神经计算。现有的实现光神经网络的方法实际上并没有改变光子的频率，只是简单地改变光子的单一频率。研究人员说，通过频率操纵来执行这样的神经计算可以导致更紧凑的设备。天富登录网址

 

“我们的设备与现有的方法有很大的不同，占地面积小，但提供了巨大的新的工程灵活性，”范博士实验室的博士后学者、论文的第二作者Avik Dutt说。

 

看到光

 

光子的颜色是由光子共振的频率决定的，而共振的频率又是其波长的一个因素。红色光子的频率相对较低，波长约为650纳米。在光谱的另一端，蓝光的频率要快得多，波长约为450纳米。

 

一个简单的转换可能包括将一个光子的频率从500纳米转移到，比如说，510纳米——或者，如人眼所记录的，从青色到绿色的变化。斯坦福团队架构的力量在于，它可以执行这些简单的转换，但也可以执行具有精细控制的更复杂的转换。

 

为了进一步解释，范提供了一个入射光流的例子，其中20%的光子在500纳米范围，80%的光子在510纳米范围。使用这种新设备，工程师可以将比例调整为500纳米时的73%，510纳米时的27%(如果需要的话)，同时保持光子总数。或者这个比例可以是37%和63%。这种设定比例的能力使这个装置新颖而有前途。此外，在量子世界中，单个光子可以有多种颜色。在这种情况下，新设备实际上允许改变单个光子的不同颜色的比例。

 

“我们说这个设备允许‘任意’转换，但这并不意味着‘随机’，”Siddharth菩提拉吉(Siddharth菩提拉吉)说，他在范博士的实验室进行这项研究时是一名研究生，也是这篇论文的第一作者，目前在Facebook现实实验室工作。相反，我们的意思是我们可以实现工程师要求的任何线性转换。这里有大量的工程控制。”

 

“它的用途很广。工程师可以非常精确地控制频率和比例，各种各样的转换都是可能的，”范补充说。它将新的力量交到工程师手中。他们将如何利用它取决于他们自己。”