超表面是由納米諧振器陣列組成的超薄平面光學(xué)器件。它們的亞波長厚度（幾百納米）使它們有效地成為二維的。這使得它們比傳統(tǒng)的笨重的光學(xué)設(shè)備更容易處理。更重要的是，由于厚度較小，光子的動量守恒被放寬，因為光子必須穿過比傳統(tǒng)光學(xué)器件少得多的材料：根據(jù)不確定性原理，空間限制導(dǎo)致未定義的動量。這允許以可比的效率發(fā)生多個非線性和量子過程，并為使用許多在傳統(tǒng)光學(xué)元件中不起作用的新材料打開了大門。

出于這個原因，也由于超表面比笨重的光學(xué)元件更緊湊且更易于處理，因此作為量子實驗的光子對的來源，超表面正在成為人們關(guān)注的焦點。此外，超表面可以同時變換幾個自由度的光子，例如偏振，頻率和路徑。

來自馬克斯·普朗克光科學(xué)研究所和弗里德里希-亞歷山大-埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)的Tomás Santiago-Cruz和Maria Chekhova與新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室的Igal Brener研究小組合作，現(xiàn)在已經(jīng)邁出了實現(xiàn)這一目標(biāo)的新一步。在最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文中，契訶夫和她的同事們首次展示了超表面如何產(chǎn)生兩個不同波長的光子對。

此外，一定波長的光子可以同時與兩個或多個不同波長的光子配對。通過這種方式，可以在不同顏色的光子之間創(chuàng)建多個鏈接。此外，與相同厚度的均勻光源相比，超表面的共振使光子發(fā)射速率提高了幾個數(shù)量級。Tomás Santiago-Cruz認(rèn)為，超表面將在未來的量子研究中發(fā)揮關(guān)鍵作用：“超表面正在引領(lǐng)量子光學(xué)的范式轉(zhuǎn)變，將超小的量子光源與量子態(tài)工程的深遠(yuǎn)可能性相結(jié)合。

將來，這些特征可以用來構(gòu)建量子計算所需的非常大的復(fù)雜量子態(tài)。此外，超表面的纖薄輪廓及其多功能操作使得能夠開發(fā)更先進(jìn)的緊湊型器件，將量子態(tài)的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)換和檢測相結(jié)合�，旣悂啞て踉X夫（Maria Chekhova）對他們的研究所走的道路感到興奮：“我們光子的來源變得越來越小，而與此同時，它們的可能性卻越來越廣泛。

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