美國勞倫斯伯克利國家實驗室的張翔（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊日前出版的《科學(xué)》雜志撰文稱，他們制造出了全球首塊非線性零折射率超材料，通過這種材料的光在各個方向都會得到增強，有望為量子計算機(jī)快速提供多方向的光源，也可為量子網(wǎng)絡(luò)提供相互糾纏的光子，從而大大促進(jìn)量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料，其獨特的光學(xué)屬性源于材料超晶格的物理結(jié)構(gòu)而非化學(xué)組成。使用超材料，張翔團(tuán)隊制造出了世界上第一款光學(xué)隱身斗篷；模擬了黑洞；并制造出了全球首塊等離子體納米激光器。

而在最新研究中，他們將關(guān)注點放在了超材料的非線性屬性上。張翔解釋道：“當(dāng)光之間的相互作用改變材料的屬性時出現(xiàn)的現(xiàn)象叫做非線性光學(xué)現(xiàn)象，其對材料科學(xué)、物理學(xué)以及化學(xué)來說非常重要。不同能量光子的聚合或分離能生成新的光源，是非線性光學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一�！�

科學(xué)家已經(jīng)證明，可以獲得折射率為零的超材料，讓光毫發(fā)無傷地通過，就像通過真空一樣�，F(xiàn)在，他們對這種超材料加以改進(jìn)，使其可以通過非線性過程來生產(chǎn)光。該超材料具有漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其由20個30納米厚的金薄層和50納米厚的氟化鎂薄層在一個50納米厚的氮化硅薄膜上輪流交替而組成。

該研究的主要作者之一海姆·薩克維斯基說：“我們使用四波混頻（三束光會同非線性媒介混合，制造出第四束光）技術(shù)對新研制的超材料進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，不管光波在哪個方向產(chǎn)生，始終能保持其內(nèi)部的光學(xué)動量守恒，實現(xiàn)了光和超材料的相互作用零相位失配，因為各個方向釋放出的非線性光完全相等�！�

他解釋道：“在折射率為零的材料內(nèi)，光子的動量為零，而且，任何方向的光子的混合都滿足動量守恒定律，這就使非線性方法產(chǎn)生的光波能夠在向前和向后的方向上累積，從而實現(xiàn)高效的多方向釋放。這一方法除了可以產(chǎn)生相互糾纏的光子用于量子網(wǎng)絡(luò)之外，還可以產(chǎn)生用于遙感領(lǐng)域的雙向相干拉曼散射等效應(yīng)。”

密集激光同非線性材料之間相互作用，不同的相位可能導(dǎo)致相消干涉，因為光子之間缺乏光學(xué)動量守恒，也就是所謂的“相位失配”。之所以要實現(xiàn)零“相位失配”，是因為它使得非線性光學(xué)過程很難獲得并保持。自從非線性光學(xué)出現(xiàn)以來，在過去60年中，為了獲得相位匹配，科學(xué)家們研發(fā)出了各種技術(shù)來彌補動量守恒的缺失，但所有這些技術(shù)都存在自身的局限。而此次新研制出的超材料正是解決了這一問題。