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瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员将发射单一频率光的微芯片激光器转换为在很宽的频率范围内发光的激光器。这种新的光学梳状设备通过一种称为量子行走的过程工作，可用于制造用于环境和医疗监测的小型光学传感器，并提高电信中的数据传输速率。
在物理学家杰罗姆·费斯特的带领下，ETH的研究人员从集成到微芯片中的量子级联激光器开始。该装置由砷化物、镓、铟和铝层组成的微环结构组成。环限制并引导光，当连接到直接电流源时，其中的电子被激发快速跳过不同的层，发出一连串的光子。当光子在环中循环时，它们会成倍增加，产生具有单一频率的相干激光。
Faist及其同事发现，如果他们用以特定共振频率振荡的额外交流电来激发这个系统，那么发出的光在短短几纳秒内就会从单一颜色变成多种颜色。值得注意的是，在它稳定其最终形式之前，发射光的光谱类似于所谓的量子行走的运动。
激光的量子行走
量子游走首先由物理学家和诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出，它与通常用于模拟物理系统行为的经典随机游走非常不同，从波动的股票市场到液体表面花粉粒的布朗运动。经典的随机漫步就像一个迷路的徒步旅行者，他根据抛硬币来选择下一步。例如，如果硬币落在正面，徒步旅行者可能会向左迈出一步，而尾巴可能会要求向右迈出一步。经过多次抛硬币后，徒步旅行者的位置将是随机的，但可能接近他们的起点。
相比之下，在量子行走中，量子粒子在每次抛掷后都会有效地同时向两个方向移动，采用左右相干叠加。这意味着粒子总是可以采取几种可能的路径到达其最终位置。
光学梳状光谱
在新设备中，这种量子行走取得了显着的结果。“不同的颜色为发出的光增加了能量，并产生了光学梳状光谱，”Faist解释道。“光学频率彼此等距，它们的数量由发送到激光器的电振荡信号的频率和幅度来选择。”
至于应用，研究人员表示，用于环境和医疗监测的小型化光学传感器是可能的。从长远来看，Faist补充说，这种设备可以提高光通信的数据传输速率，因为激光发出的每种颜色的光可以作为一个独立的通信通道。
研究人员在《科学》杂志上报告了他们的发现。
