与我们日常生活中的光产生的混杂频率不同，被称为“孤子”频率梳的特殊光源中的每个光频率都是一致的振荡，会产生具有一致定时的孤子脉冲。

这种频率梳子的每个齿都是不同颜色的光，它们之间间隔非常精确，以至于能用该系统测量各种现象和特征。科学家们目前正在开发的这些梳子的小型化版本(称为微梳子)有可能增强无数技术，包括用于GPS系统、电信、自动驾驶汽车、温室气体跟踪、航天器自主性和超精确计时等。

斯坦福大学电气工程师Jelena Vučković的实验室最近才开始研究微梳技术。Vučković教授说：“许多团队已经在各种材料中演示了片上频率梳，包括我们团队最近在碳化硅中的应用。然而到目前为止，频率梳的量子光学特性一直难以捉摸。我们想利用我们小组的量子光学背景来研究孤子微梳的量子特性。”

虽然其他实验室已经制造出了孤子微梳，但斯坦福大学的研究人员是最早研究该系统量子光学特性的人之一，他们在12月16日发表在《自然光子学》上的一篇论文中概述了他们的研究。当成对创建微梳孤子时，被认为表现出存在纠缠态。纠缠是一种粒子间的关系，即使在令人难以置信的距离上，它们也可以相互影响，它巩固了我们对量子物理学的理解，并且是所有量子技术的基础。我们每天遇到的大多数“经典”光都不会出现纠缠状态。

斯坦福大学纳米尺度和量子光子学实验室的研究科学家、论文的合著者Kiyoul Yang说：“这是首次证明这种微型频率梳可以在芯片上产生有趣的量子光(非经典光)。这可以为使用频率梳和光子集成电路进行大规模实验开辟更广泛的量子光探索新途径。”

为了证明他们工具的实用性，研究人员还提供了令人信服的孤子微梳内存在量子纠缠的证据，该证据已被理论化和假设，但尚未得到任何现有研究的证实。

纳米尺度和量子光子学实验室的研究生、该论文的合著者Melissa Guidry说：“我真的很希望看到孤子对量子计算有用，因为它是一个经过高度研究的系统。在这一点上，我们有很多技术可以在低功率下在芯片上产生孤子，所以能够利用它并证明有纠缠将是令人兴奋的。”

前斯坦福大学物理学教授Theodor W. Hänsch因其在开发第一个频率梳方面的工作而于2005年获得了诺贝尔奖。要创造Hänsch研究的东西，需要复杂的有桌面大小的设备。相反，这项新研究的研究人员选择专注于更新的“微型”版本，其中系统的所有部分都集成到单个设备中，并被设计为适合微芯片，这种设计能节省成本、大小和能源。

为了制造他们的微型梳子，研究人员将激光泵入一个微型碳化硅环(这是使用斯坦福的纳米共享装备和纳米制造设施资源精心设计和制造的)。激光绕着碳化硅环运动，从而增强了强度，如果一切顺利，一个孤子就诞生了。

纳米尺度和量子光子学实验室的研究生、论文的共同作者Daniil Lukin说：“令人着迷的是，你可以用一个激光泵和一个非常小的圆圈来产生相同类型的特殊光，而不是制造那种花哨、复杂的机器。”他还补充说，在芯片上生成微梳可以使梳的齿间距变大，这是朝着能够查看梳子更精细细节迈出的一步。

接下来的步骤涉及能够检测单个光粒子并用几个孤子填充微环从而形成孤子晶体的设备。Guidry解释说：“使用孤子晶体，你可以看到齿之间实际上有更小的光脉冲，这是我们用来推断纠缠结构的测量值。如果你把探测器停在那里，你可以很好地观察到有趣的量子行为，而且不会被构成齿的相干光淹没。”

鉴于他们正在对该系统的量子方面进行一些初步实验研究，研究人员决定尝试确认一个被称为线性化模型的理论模型，该模型通常用作描述复杂量子系统的捷径。当他们进行比较时，他们惊讶地发现实验与理论非常吻合。因此，虽然他们还没有直接测量到他们的微梳具有量子纠缠，但他们已经证明其性能与暗示纠缠的理论相匹配。

微梳在数据中心可以提高数据传输的速度，它们可以在卫星中提供更精确的GPS，或用于分析远处物体的化学成分。Vučković团队还对某些类型的量子计算中使用孤子的潜力特别感兴趣，因为科学家预计孤子从一产生就会高度的纠缠。（编译:Qtech）