[发明专利]微波信号与光学信号之间的量子波长转换器

说明书

本发明属于微波信号与光学信号之间(以及光学信号与微波信号之间)的量子波长转换器的领域。在转换器中使用了纳米级空腔光机电路，其中支持共定位的红外光子和微波声子的光机空腔与光子及声子波导相结合。

技术领域

本发明属于微波信号与光学信号之间(以及光学信号与微波信号之间)的量子波长转换器领域。在转换器中使用了纳米级空腔光机电路，其中支持共定位的红外光子和微波声子的光机空腔与光子及声子波导相结合。

背景技术

本发明属于微波信号与光学信号之间(以及光学信号与微波信号之间)的量子波长转换器领域。

微波信号涉及电磁辐射的形式。微波具有约一米至一毫米的波长，并且因此具有在300MHz与300Ghz之间的频率。微波通常用于通信。然而，微波被限制在约64km的距离内。然而，对于频带的高端，实际的通信距离最多为约一公里。微波广泛用于现代技术和产品(诸如微波炉)中。

红外辐射(IR)是波长比可见光的波长更长的电磁辐射。典型的IR波长是约700纳米至1毫米。IR的行为既像波，又像量子粒子，即光子。

谐振器在某些特定频率(称为其谐振频率)下提供谐振。谐振器中的振荡可以是电磁的，也可以是机械的，因此可能涉及光子和声子。谐振器可用于生成特定频率的波或从信号中选择特定频率。一个示例是石英晶体，它产生非常精确且具有特定频率的振荡。空腔谐振器是一种在装置内部的中空空间中存在振荡的谐振器。

压电涉及电荷在固体材料(通常为晶体)中响应于所施加的机械应力或力而产生。压电效应被认为是由机械状态与电状态之间的机电相互作用引起的。在结晶材料中，可能不存在反演对称性。压电是可逆的过程。示例性材料是锆钛酸铅晶体。压电效应可用于产生超声波，并应用于各种应用和产品中。

近来，已经尝试通过以下来实现微波到光学的转换器：直接将其场耦合在非线性晶体内部，或通过使用机械系统作为换能器。其中实现了双向操作、相干耦合和高效转换。然而，这种转换只能在传统水平上实现。其中，输入状态被淹没在机械振荡器的热噪声中。这种添加的噪声使任何转换后的量子位状态对于进一步的量子处理毫无用处。为了操作可用于在长距离上链接若干个基于超导量子位的量子节点的功能齐全的量子换能器，至关重要的是，使在这种转换过程中添加的热噪声最小化。

一些出版物叙述了射频波、光波和声波之间的耦合。例如Balram等人在自然科学(Nature Phonics)第10卷，第5期，2016年3月18日，第346-352页叙述了耦合传播和局部声子模式。Andrews等人在自然物理学(Nature Physics)第10卷，第4期，2014年4月1日，第321-326页叙述了微波与光学光之间的转换。

因此，本发明涉及一种改进的在微波信号与光学信号之间的量子波长转换器，所述量子波长转换器解决了现有技术的以上问题和缺点中的一者或多者，提供了可靠的结果，而没有损害功能性和优点。

发明内容