VECSEL：邁向量子互聯網的世界

編譯／高晟鈞

光纖的覆蓋率在全球範圍不斷擴展，不僅增加了傳統互聯網連接的頻寬，全球量子互聯網到來的那一天也指日可待。量子互聯網可以幫助充分挖掘某些技術的潛力，包括透過量子處理器和暫存器的連結實現更強大的量子運算；透過量子金鑰分發實現更安全的通訊；或透過原子鐘同步實現更精確的時間測量等等。

光纖主要由玻璃纖維組成，通訊波長隨距離增加而降低，主要應用為短距離（850nm）、中距離（1310nm）和長距離（1550nm）三種波長，這與大多坐落在可見光（360-830nm）內的量子位元系統波長間形成了一道障礙。

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對此，研究人員希望透過一種名為「量子頻率轉換」的特殊技術來克服此一障礙。透過改變光子頻率，並同時保留其量子特性，使量子通訊可以轉換到1550nm的長距離通信範圍，實現量子態的低損耗與長距離傳輸。

量子頻率轉換器（Quantum Frequency Converter, QFC）

光子在所有量子技術中都十分重要，因為它是量子資訊的移動載體。QFC可以有效降低光量子在光纖中傳輸的損耗，並將其轉換至電信波長。未來，此類網路將遠距離互連不同電腦的量子處理器和暫存器，以便秘密、安全地共享資訊和資源，並提高量子電腦的運算能力。

垂直外腔表面發射雷射（Vertical-External-Cavity-Surface-Emitting Lasers, VECSELs ）

基於銻化鎵的VECSELs作為QFC的一部分被開發出來，是窄帶光譜泵浦源，可以針對量子位元的輸出波長進行調整，涵蓋了從1.9至2.5微米的波長，並實現了高達2.4w的輸出功率，絕對值波長穩定性小於2 fm。

在頻率轉換的過程中，VECSELs將與一10MHz的特殊頻率梳耦合，結合兩者的特點，窄頻寬與波長穩定性能防止泵浦波長的波動，從而避免量子位元的輸出波長發生變化，以滿足QFC對於絕對波長精確度的嚴格要求。

資料來源: Innovations

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