量子信息技術(shù)是21世紀(jì)最具魅力的領(lǐng)域之一，它利用量子世界的疊加原理和糾纏特性使得信息處理在容量、速度和精度等方面展現(xiàn)出極大優(yōu)勢，將成為后摩爾時代的支撐技術(shù)。而這一技術(shù)的實(shí)用化還存在很大挑戰(zhàn)，其中如何將量子器件芯片化，即在降低成本的同時提升芯片性能成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。
最近，南京大學(xué)物理學(xué)院祝世寧院士科研小組實(shí)現(xiàn)了基于鈮酸鋰的首個量子光學(xué)芯片，將糾纏光子源、電光調(diào)制器、光子干涉儀等功能單元成功集成在同一塊基于光學(xué)超晶格的鈮酸鋰光子芯片上，實(shí)現(xiàn)了糾纏光子產(chǎn)生和調(diào)控的一體化設(shè)計，完成了糾纏光子對聚束態(tài)和分離態(tài)的快速切換。 圖1是芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和外觀照片。整個芯片分為三個區(qū)域，區(qū)域I是對經(jīng)典抽運(yùn)激光的處理，主要是對抽運(yùn)光的分束和相位調(diào)制，區(qū)域II是疇反轉(zhuǎn)區(qū)，也稱光學(xué)超晶格區(qū)，將兩路抽運(yùn)光轉(zhuǎn)化為簡并的糾纏光子對，得到一個路徑聚束態(tài)。區(qū)域III是對糾纏光子的處理，利用波導(dǎo)耦合器實(shí)現(xiàn)Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉以及對抽運(yùn)光的濾波。 如果II區(qū)域產(chǎn)生的路徑聚束態(tài)中兩光路相位相同，那么該聚束態(tài)經(jīng)由HOM干涉后得到分離態(tài)。對于具有相位差的一般路徑聚束態(tài)，干涉后得到分離態(tài)和聚束態(tài)的疊加。該鈮酸鋰芯片可在室溫穩(wěn)定工作，工作電壓僅為0-3.55V，調(diào)控速率可達(dá)40GHz，光學(xué)超晶格區(qū)光子對產(chǎn)率為1.1×107Hz nm-1 mW-1，是一個明亮的、可調(diào)控的芯片化量子光源，其基本指標(biāo)與硅基光子芯片相比具有明顯優(yōu)勢。該芯片輸入輸出與光纖頭直接連接并固化，芯片尺寸5cm*5mm，穩(wěn)定性高, 便于攜帶, 接近實(shí)用化。 來源: 南京大學(xué)物理學(xué)院 |
