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Sciene：激光在微芯片中的“量子游走”
现在，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的研究人员将一种能发出单一频率（或颜色）光的微芯片激光器改造成了一种能在广泛频率范围内发光的微芯片激光器。
这种新型光学梳状装置的工作原理是一种被称为“量子游走”（quantum walk）的过程，可用于制造微型光学传感器，以进行环境和医疗监测，并提高电信领域的数据传输速率。
量子游走最早由物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼（Richard Feynman）提出，它与通常用于模拟从波动的股票市场到液体表面花粉粒的布朗运动等物理系统行为的经典随机游走截然不同。经典随机游走的工作原理就像迷路的徒步旅行者根据掷硬币的结果选择下一步。
例如，如果硬币的正面是“头”，那么迷路者可能会向左走一步，而反面是“尾”，则可能会向右走一步。经过多次掷硬币后，远足者的位置将是随机的，但很可能接近他们的起点。
与此相反，在量子游走中，量子粒子在每次抛硬币后都会同时向两个方向移动，形成左右连贯的叠加。这意味着粒子总是有几种可能的路径到达其最终位置。
在物理学家杰罗姆·费斯特（Jérôme Faist）的领导下，联邦理工学院的研究人员首先将量子级联激光器集成到一个微型芯片中。
该装置由砷化物、镓、铟和铝层组成的微环结构构成。当连接到直流电源时，环中的电子受到刺激，迅速在不同层间跳跃，发出一串光子。当光子在光环中循环时，它们会成倍增加，从而产生单一频率的相干激光。
费斯特及其同事发现，如果他们用一个额外的、以某个共振频率振荡的交流电流来激发这个系统，那么在短短几纳秒的时间内，发出的光就会从单一颜色变成多种颜色。值得注意的是，在最终形态稳定之前，发射光的光谱类似于所谓的量子游走运动。
在新设备中，这种量子游走产生了显著的效果。费斯特解释说：“不同的颜色（或频率）为发出的光增加了能量，并形成了类似光学梳状的光谱。光学频率彼此等距，它们的数量由发送到激光器的电振荡信号的频率和振幅来选择。”
在应用方面，研究人员表示，微型光学传感器可用于环境和医疗监测。
费斯特补充说，从长远来看，这种设备可以提高光通信的数据传输速率，因为激光器发出的每种颜色的光：总共多达 100 种颜色，都可以作为一个独立的通信通道。
参考链接：[1]https://physicsworld.com/a/laser-light-goes-for-a-quantum-walk-in-a-microchip/[2]https://www.phys.ethz.ch/news-and-events/d-phys-news/2023/10/the-walk-that-leads-to-the-comb.html
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