量子信息技術是21世紀最具魅力的領域之一，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出極大優勢，將成為后摩爾時代的支撐技術。而這一技術的實用化還存在很大挑戰，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域的關鍵課題。
最近，南京大學物理學院祝世寧院士科研小組實現了基于鈮酸鋰的首個量子光學芯片，將糾纏光子源、電光調制器、光子干涉儀等功能單元成功集成在同一塊基于光學超晶格的鈮酸鋰光子芯片上，實現了糾纏光子產生和調控的一體化設計，完成了糾纏光子對聚束態和分離態的快速切換。 圖1是芯片的內部結構圖和外觀照片。整個芯片分為三個區域，區域I是對經典抽運激光的處理，主要是對抽運光的分束和相位調制，區域II是疇反轉區，也稱光學超晶格區，將兩路抽運光轉化為簡并的糾纏光子對，得到一個路徑聚束態。區域III是對糾纏光子的處理，利用波導耦合器實現Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉以及對抽運光的濾波。 如果II區域產生的路徑聚束態中兩光路相位相同，那么該聚束態經由HOM干涉后得到分離態。對于具有相位差的一般路徑聚束態，干涉后得到分離態和聚束態的疊加。該鈮酸鋰芯片可在室溫穩定工作，工作電壓僅為0-3.55V，調控速率可達40GHz，光學超晶格區光子對產率為1.1×107Hz nm-1 mW-1，是一個明亮的、可調控的芯片化量子光源，其基本指標與硅基光子芯片相比具有明顯優勢。該芯片輸入輸出與光纖頭直接連接并固化，芯片尺寸5cm*5mm，穩定性高, 便于攜帶, 接近實用化。 來源: 南京大學物理學院 |
