中国科大郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室任希锋研究组近日在量子纳米显微技术研究上取得重要进展，他们利用微纳光纤级联银纳米线波导，首次实现在纳米结构中以表面等离子激元（SPP）的形式传输量子偏振纠缠态，其保真度可以达到93.2%，为纳米光子学和量子信息的有机结合提供了新的思路。此成果在线发表于3月16日的《纳米快报》上[Nano Letters 15，2380 (2015)]。论文的并列第一作者是量子信息实验室的博士生李明和博士后邹长铃。
由于光学衍射极限的存在，使得新兴的量子技术，比如量子成像、量子精密测量等，很难应用到纳米尺度的成像技术上。近年来，基于SPP的光学器件越来越引起人们的关注，它不仅尺寸小，可以突破传统的光学衍射极限，而且局域场密度高，与物质的相互作用强。尽管SPP在经典光学领域得到了长足发展，但是由于其激发效率低，而且存在比较高的固有损耗，将其和量子技术结合在一起面临着多重困难。
任希锋研究组利用微纳光纤把波导中的光学模式绝热压缩，然后应用倏逝波将光能量高效率地转换成电子震荡的SPP能量（理论效率超过99%），在纳米波导中高保真度的传输了光子的偏振纠缠态。此工作不仅从原理上充分地证明了SPP可以有效的携带量子信息，也为量子技术在纳米尺度上的应用解决了若干关键性难题，使得同时突破标准量子极限和光学衍射极限的量子纳米显微技术（Quantum Nanoscope）成为可能。此外，工作中所设计的这种杂化波导结构有可能作为高效率的量子探针（整体效率7.5%），取代目前的商用近场光学探针（效率约0.1%）。
上述研究得到了国家基金委、中科院、科技部和教育部的资助。
（量子信息与量子科技前沿创新中心）
文章链接: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl504636x
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