任何一个小学理科生学到的第一课就是白光根本不是白的，而是许多光子的组合，这些构成光的小能量滴，来自彩虹的每一种颜色--红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。现在，斯坦福大学的研究人员已经开发出一种光学装置，允许工程师改变和微调光流中每个单独光子的频率，使之成为他们想要的几乎任何颜色的混合物。
这项成果于2021年4月23日发表在《自然通讯》上，是一种新的光子结构，可以改变从数字通信和人工智能到尖端量子计算等领域。
"斯坦福大学电气工程系教授、该论文的资深作者Shanhui Fan说："这个强大的新工具使工程师掌握了以前不可能实现的控制程度。
该结构由一条低损耗的光缆组成，它携带着光子流，就像繁忙通道上的许多车辆一样经过。然后光子进入一系列的环，就像高速公路枢纽的四叶草造型。每个环都有一个调制器，用于转换经过的光子的频率--我们的眼睛将其视为颜色的频率。有多少个环就有多少个，工程师可以精细地控制调制器，以拨出所需的频率转换。
研究人员设想的应用包括用于人工智能的光学神经网络，该网络使用光而不是电子进行神经计算。完成光学神经网络的现有方法实际上并没有改变光子的频率，而只是重新安排了单一频率的光子。研究人员说，通过频率操纵来进行这种神经计算可能导致更紧凑的设备。
光子的颜色是由光子的共振频率决定的，而共振频率又是其波长的一个因素。一个红色光子的频率相对较慢，波长约为650纳米。在光谱的另一端，蓝光的频率快得多，波长约为450纳米。
一个简单的转变可能涉及将一个光子从500纳米的频率转移，比如说，510纳米，或者正如人眼所记录的那样从青色变为绿色。斯坦福大学团队的架构的力量在于，它可以进行一些简单的转换，也可以通过精细控制进行更复杂的转换。
为了进一步解释，Fan提供了一个例子，即一个由20%的500纳米范围的光子和80%的510纳米范围的光子组成的入射光流。使用这种新设备，如果需要的话，工程师可以将该比例微调为500纳米的73%和510纳米的27%，同时保留光子的总数。或者比例可以是37%和63%，就这一点而言。这种设置比例的能力是使这个设备新颖和有前途的原因。此外，在量子世界中，一个光子可以有多种颜色。在这种情况下，新设备实际上允许改变单个光子的不同颜色的比例。
这个设备允许任意转换，但这并不意味着随机，相反，这可以实现工程师要求的任何线性转换。这里有大量的工程控制。它的用途非常广泛。工程师可以非常准确地控制频率和比例，而且可以进行各种各样的转换。
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