重塑光子学：多功能金属膜引领量子突破

科学家们开发出多功能金属膜，催生量子发射技术的革命。这一突破性创新为量子领域带来新的可能性，尤其在密码学和信息安全方面。

一幅插图 展示了多功能金属膜如何随意塑造二维六方氮化硼量子发射，由 Chi Li、Jaehyuck Jang、Trevon Badloe、Tieshan Yang、Joohoon Kim、Jaekyung Kim、Minh Nguyen、Stefan A. Maier、Junsuk Rho、Haoran Ren、Igor Aharonovich 提供数据支持。

量子发射是实现光子量子技术的关键。固态单光子发射器（SPE）如六方氮化硼（hBN）缺陷在室温下操作，因其稳定性和亮度而备受瞩目。但传统方法采用高数值孔径 (NA) 物镜或微结构天线收集光子，虽然效率高却无法操控量子发射。改变发射结构需要繁琐的光学元件，如偏振器和相位板。

最近在《eLight》杂志上发表的论文中，Chi Li 博士和 Haoran Ren 博士领导的国际科学家团队，借助一种全新的多功能金属膜，成功构造出可操控的量子发射单光子发射器。这种膜可以随意改变光束空间形态，对于量子光源至关重要。

元表面改变了光子设计的面貌，带来从光学成像到激光雷达的重大技术进步。新方法将纳米级发射器与结构谐振器和元表面集成，实现对发射的基本定制。这些创新展示了平面光学在推动量子发射领域的不可或缺作用。

研究团队创造了多功能金属膜来解决这个挑战。来自韩国物理学家 Jaehyuck Jang 博士、Trevon Badloe 博士以及浦项科技大学的 Junsuk Rho 教授，共同研制出这一新型金属膜。膜能同时调整方向性、极化和轨道角动量（OAM）自由度，并在室温下通过金属离子从氢化硼中提取固相萃取物（SPEs）实现多维结构化的量子发射。

研究小组实现了任意塑造的量子发射方向性，并成功在金属感曲线上添加多种螺旋波面，从而在SPE的正交极性中产生独特的OAM模式。这一突破性实验由 Igor Aharonovich 教授领导的悉尼科技大学和TMOS（澳大利亚研究理事会卓越中心）完成。

多自由度量子发射任意波前整形技术释放了固态SPE的潜力，用于高维量子光子应用。新技术为超薄元光学器件创造了新平台，实现室温下多自由度量子发射的任意波前整形。研究团队认为，操纵光子偏振可增强滤波效果，对量子密码学和纠缠分发产生重要影响，尤其在利用氢化硼SPE生成偏振纠缠光子对方面。

金属膜未来将扩展至高维单光子混合量子态的产生。通过将结构化SPE源与可靠的传输环境（如光纤）整合，将有望实现信息容量更大、抗噪声能力更强、安全性更高的量子网络。这一创新引领着量子技术的未来前景。