光子对液晶源为新一代量子源开辟了道路

自发参量下转换(SPDC)作为纠缠光子的来源，对量子物理和量子技术具有重要意义，但到目前为止它只能在固体中实现。

马克斯普朗克光科学研究所(MPL)和斯洛文尼亚卢布尔雅那约瑟夫斯蒂芬研究所的研究人员首次展示了液晶中的SPDC。该研究结果发表在《自然》杂志上，为新一代量子源开辟了道路：高效且电场可调。

将单个光子分裂成两个是量子光子学中最有用的工具之一。它可以产生纠缠光子对、单光子、压缩光，甚至更复杂的光状态，这些对于光学量子技术至关重要。这个过程被称为自发参量下转换(SPDC)。

SPDC与中心对称性密切相关。这是相对于点的对称性——例如，正方形是中心对称的，但三角形不是。SPDC的本质——将一个光子分裂成两个——打破了中心对称性。因此，它只可能发生在基本晶胞为中心不对称的晶体中。SPDC不能发生在普通液体或气体中，因为这些材料是各向同性的。

然而，最近，研究人员发现了具有不同结构的液晶，即所谓的铁电向列液晶。尽管这些材料具有流体特性，但它们具有强烈的中心对称性破坏。它们的分子细长、不对称，最重要的是，它们可以通过外部电场重新定向。

分子重新取向会改变所生成光子对的极化以及生成速率。如果封装得当，这种材料的样品可以成为非常有用的设备，因为它可以高效地生成光子对，可以用电场轻松调节，并且可以集成到更复杂的设备中。

马克斯普朗克光科学研究所的研究人员首次在液晶中实现了SPDC，他们利用约瑟夫斯蒂芬研究所(斯洛文尼亚卢布尔雅那)制备的由默克电子集团合成的铁电向列液晶样品。

纠缠光子产生的效率与厚度相同的最佳非线性晶体(如铌酸锂)一样高。通过施加仅几伏的电场，他们能够打开和关闭光子对的产生，以及改变这些光子对的偏振特性。这一发现开启了新一代量子光源：灵活、可调、高效。