加埃塔研究团队发明新型光子带隙光纤

　　加埃塔研究团队发明的设备使用了一种新型光纤，名为光子带隙光纤（photonic bandgap fiber）。这种纤维中间是空的，被蜂巢状的玻璃微管包围。蜂巢可以作为衍射光栅折射光线，除了传送光线的基本波长附近很窄的区域，其他波长的光线会被抵消。新设计出的光纤可以用来测量光线中光子的数量。

　　光子带隙光纤的横截面图。微小的玻璃管围绕在光纤核周围，并可以弯折光波让它们干涉并相互抵消，把光束的所有能量集中在空核中。

　　在量子计算中，信息比特，也就是量子比特（qubits）由单个原子或光子的状态决定。我们只有知道如何获得这些粒子的状态才能应用量子计算。康奈尔大学的研究让我们朝着不干扰光子但又能检测到它们存在的目标又靠近了一步。

　　在实验中，研究人员混合了两股光线。一股光线很强；另外一股光线的信号很弱，只包含了不到20个光子。强度较大的那股光线的相位可以随着较弱光线的光子数成比例改变。

　　“人们的理想要求是可以测量单个光子，并且不破坏它。”康奈尔大学应用和工程物理系（applied and engineering physics）的系主任和教授亚历克斯·加埃塔（Alex Gaeta）说。“不过，也有一些有趣的量子信息算法可以应用到几个光子上。”切换只含一个光子的光线就像传统电子计算机中的“门”，1和0作为输入可以切换同样由1和0组成的输出。在未来，这种方法可以通信量子计算机中量子比特的状态，或者光子本身可以作为量子比特。

　　加埃塔研究团队发明的设备使用了一种新型光纤，名为光子带隙光纤（photonic bandgap fiber）。这种纤维中间是空的，被蜂巢状的玻璃微管包围。蜂巢可以作为衍射光栅折射光线，除了传送光线的基本波长附近很窄的区域，其他波长的光线会被抵消。这样光线就被限制在核心变得更强。和传统的玻璃光纤相比，这种光纤的优势在于它的核心可以充满气体。

　实验被发表于2012年12月2日的《自然·光子学》（Nature Photonics）网络版上。研究人员用铷蒸汽把9厘米长的光纤的核心充满，用来产生克尔效应（Kerr effect），让光纤的震荡电磁场和电子的电磁场互相作用，改变介质的折射率以改变光线传播的方式。弱光线可以改变铷蒸汽的折射率以及强光线的相位，并可被测量。整个过程不会改变强光线中的光子数目。

　　改变信号的强度，也就是光子的数量后，研究人员可以测量出每个光子相位大约0.3毫弧度（角度单位）的变化，这也意味着单个光子最终将可被探测，而能做到这点的设备也可以用来计数光子。改变强光线脉冲的时常可以发现系统的反应时间小于5纳秒，说明强光的频率可以调制为50 MHz。

　　在制冷温度下也有类似的设备可以做类似的测量，但研究人员表示，在室温条件下做到这点尚属首次。

　　这项研究由美国国家科学基金资助。