利用不同频率的分离微波光子，一个信号可用于编码，另一个用于解码。
麻省理工学院研究人员打造的一种新型混合且可扩展的器件，有望利用量子技术驱动下一代雷达和传感器，并且能在室温下工作。这可能为先进信号处理与安全通信开辟新前沿，而无需通常与量子技术相关的笨重且昂贵的冷却设备。
现代高性能雷达系统可以探测极微弱的信号。这种能力的秘密在于微波光子，即这些系统中使用的基本粒子。利用一种名为约瑟夫森结的器件，科学家可以将一个微波光子分裂成两个关联光子，其中一个用于编码信号，另一个用于解码信号。
约瑟夫森结是超导电路的一部分，超导电路也应用于安全通信网络。然而，这些超导电路需要低于零下273摄氏度（华氏零下459度）的温度才能运行。这只有借助低温恒温器才能实现，而后者能耗高、体积大且价格昂贵。
与磁体协同工作
由麻省理工学院电气工程与计算机科学系副教授刘路桥领导的研究团队，原本在从事其他研究兴趣时意识到，关联微波信号的产生并不一定需要低温冷却的超导电路，也可以通过磁体来实现。
实现方法相对简单，只需将一层磁性薄膜置于微波谐振器中。利用这一器件，研究人员将入射微波光子分裂成一对频率不同但同步的信号。更重要的是，他们在室温下实现了这一过程。
该器件利用磁振子工作，磁振子是微小的磁能包。当微波光子被泵入磁性系统时，会产生一对频率相同的磁振子，因此研究人员必须将它们分离开来：一个可用于信号传输，另一个用于检测。
混合器件
该团队打造的混合器件能够产生混合磁振子—光子波，这些波具有同步信号，但微波频率不同。这种方法的优势在于，截获信号的攻击者若没有匹配的频率作为密钥，就无法解码信号。
刘路桥在一份新闻稿中表示：“磁振子系统展现出极其丰富的非线性动力学，但这些非线性尚未被用于实际应用。”
“通过利用磁振子与微波光子耦合产生的能级排斥，我们得以在频率上分离这两个磁振子。”他们的器件可用于构建抗噪声通信系统，即使随机数据在传输过程中干扰了消息，接收器也能解码信息。
这类微波信号也有助于量子模拟器的运行。这些设备正在开发中，用于对亚原子粒子进行复杂计算，并利用它们预测新药物和新材料。由于这些信号可以在室温下产生，这种方法成本更低且更具可扩展性，因此更有可能部署到实际场景中。
加拿大曼尼托巴大学物理与天文学教授胡灿明未参与该项工作，他表示：“这一突破将广泛影响安全微波通信、硬件随机数生成、基于相关性的信号处理以及智能微波传感——所有这些都在室温下的经典范畴内运行。”
“展望未来，这个平台很可能被视为基于非线性腔磁振子学实现量子启发微波传感与通信技术的起点。”
该研究成果发表于《自然·电子学》期刊。
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