下一代量子计算机可以使用体积小一万倍的高能激光器提供动力

高功率钛蓝宝石激光器的尺寸已经缩小，科学家计划将数百或数千个激光器塞入新芯片的四英寸晶圆上。

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斯坦福大学的研究人员制造了一种钛蓝宝石 (Ti:Sa) 激光器，其尺寸比之前任何类似设备小 10,000 倍，并将其安装到芯片上。

到目前为止，此类激光器的成本已超过 100,000 美元。但《自然》杂志 6 月 26 日概述了一种新方法，科学家相信每台激光器的成本可能会降至 100 美元。

他们还声称，未来可以在一块四英寸晶圆上构建数千个激光器，并且每个激光器的成本可能会降至最低。这些小型激光器可用于未来的量子计算机、神经科学甚至微型手术。

实验激光依赖于两个关键过程。首先，他们将蓝宝石晶体研磨成只有几百纳米厚的一层。然后，他们形成了一个由小脊组成的漩涡，并用绿色激光笔照射其中。随着漩涡内的每一次旋转，激光的强度都会增加。

“最棘手的部分之一是平台的制作，”该研究的共同第一作者、斯坦福大学博士生约书亚·杨（Joshua Yang）告诉《生活科学》。 “蓝宝石是一种非常坚韧的材料。当你研磨它时，它通常会不喜欢它，它会破裂，或者会损坏你用来研磨的东西。”

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然而，一旦这个问题得到解决，杨将这个过程形容为“一帆风顺”。但他热衷于强调，虽然该团队还处于起步阶段，但他们已经可以“使用已经成熟了十多年的半导体激光技术”。

该团队如此乐观的原因之一是其激光器可以调谐到不同的波长。具体来说，从 700 到 1,000 纳米，或红光到红外光。

杨说，这对于原子研究人员来说至关重要，并以固态量子位为例。 “这些原子系统需要不同的能量[从一种状态转变到另一种状态]，”他说。 “如果您购买一个增益带宽较小的激光器，而另一个转换超出该带宽，那么您必须购买另一个激光器来解决另一个系统的问题。”

Yang 和他的同事还创建了一家公司，Brightlight Photonics，以将该技术商业化。

“我们真正看到的第一个机会是学术研究市场，”杨说。 “作为研究人员，我们知道对激光器的需求。而且我们知道我们可以提供的产品比目前市场上的产品要好得多。”

虽然杨不会透露具体的价格，但他表示这将取决于内置的功能，但肯定会比当前的 Ti:Sa 激光器低一个数量级。

微型激光器可用于量子计算机——有助于在这个过程中使它们变得更小。杨说，它们还可以彻底改变光遗传学领域，科学家们可以通过大脑内部的光引导来控制神经元。目前，他们使用粗光纤技术。最后，微型 Ti:Sa 激光器可用于激光手术。

这一切都依赖于杨和他的同事成功地进一步小型化和大规模生产该技术，使数百甚至数千个激光器可以安装在一个四英寸的晶圆上。

不过，杨对成功充满信心，他表示，他相信首款面向学术用户的“可调谐激光器”可能会在两年内上市销售。他补充道：“这些小型激光器的潜在应用非常广泛，谁知道五年后我们会发展到什么程度呢？”