電泵浦偏振量子糾纏光源封裝示意圖。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、張強等組成的研究團隊與濟南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等單位合作，通過混合集成分布式反饋激光器與薄膜鈮酸鋰光子芯片，成功實現(xiàn)了電泵浦片上集成的高亮度偏振量子糾纏光源，向集成化量子信息處理邁出重要一步。12月16日，相關(guān)成果以“編輯推薦”的形式發(fā)表于《物理評論快報》。
量子糾纏光源是量子信息科學(xué)的核心資源之一，廣泛應(yīng)用于量子通信、量子計算和量子精密測量等領(lǐng)域。傳統(tǒng)量子糾纏光源主要基于塊狀非線性晶體或波導(dǎo)，通常需要外加獨立激光器來實現(xiàn)光泵浦，極大限制了量子糾纏光源的集成度和可擴展性。相對于光泵浦，電泵浦方案則通過片上直接注入電流實現(xiàn)非線性參量過程，避免使用外置激光器，從而提升量子糾纏光源的集成度和擴展性。近年來，盡管集成光子平臺如硅、氮化硅、鈮酸鋰等發(fā)展迅速，但同時實現(xiàn)高亮度、高集成度的電泵浦量子糾纏光源仍面臨挑戰(zhàn)。
研究團隊創(chuàng)新性地采用分布式反饋激光器與薄膜鈮酸鋰光子芯片混合集成的方案，利用中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員牛智川團隊開發(fā)的780納米波段分布式反饋激光器，結(jié)合濟南量子技術(shù)研究院的集成化雙通道參量下轉(zhuǎn)換薄膜鈮酸鋰光子芯片，最終實現(xiàn)了高效的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換以及片上偏振糾纏態(tài)制備。其中，薄膜鈮酸鋰光子芯片集成了多模干涉分束器、雙通道周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)以及偏振旋轉(zhuǎn)合束器。通過直流或脈沖電信號泵浦，團隊在室溫下實現(xiàn)了超高亮度的偏振糾纏光子對產(chǎn)生，亮度達到每秒4.5×1010對每毫瓦，帶寬達到73納米。該亮度較此前基于氮化硅平臺的電泵浦量子糾纏光源提升了6個數(shù)量級，帶寬提升了1個數(shù)量級。
實驗結(jié)果表明，該量子糾纏光源在多個波長信道下均表現(xiàn)出良好的貝爾態(tài)特性（保真度大于96%），并具備寬帶復(fù)用能力，器件尺寸僅為15毫米×20毫米，展現(xiàn)出優(yōu)異的集成度。該器件適用于波分復(fù)用的光纖網(wǎng)絡(luò)量子密鑰分發(fā)、基于衛(wèi)星的星地量子通信，以及基于糾纏的量子精密測量等應(yīng)用場景。
電泵浦偏振量子糾纏光源封裝示意圖。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、張強等組成的研究團隊與濟南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等單位合作，通過混合集成分布式反饋激光器與薄膜鈮酸鋰光子芯片，成功實現(xiàn)了電泵浦片上集成的高亮度偏振量子糾纏光源，向集成化量子信息處理邁出重要一步。12月16日，相關(guān)成果以“編輯推薦”的形式發(fā)表于《物理評論快報》。
量子糾纏光源是量子信息科學(xué)的核心資源之一，廣泛應(yīng)用于量子通信、量子計算和量子精密測量等領(lǐng)域。傳統(tǒng)量子糾纏光源主要基于塊狀非線性晶體或波導(dǎo)，通常需要外加獨立激光器來實現(xiàn)光泵浦，極大限制了量子糾纏光源的集成度和可擴展性。相對于光泵浦，電泵浦方案則通過片上直接注入電流實現(xiàn)非線性參量過程，避免使用外置激光器，從而提升量子糾纏光源的集成度和擴展性。近年來，盡管集成光子平臺如硅、氮化硅、鈮酸鋰等發(fā)展迅速，但同時實現(xiàn)高亮度、高集成度的電泵浦量子糾纏光源仍面臨挑戰(zhàn)。
研究團隊創(chuàng)新性地采用分布式反饋激光器與薄膜鈮酸鋰光子芯片混合集成的方案，利用中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員牛智川團隊開發(fā)的780納米波段分布式反饋激光器，結(jié)合濟南量子技術(shù)研究院的集成化雙通道參量下轉(zhuǎn)換薄膜鈮酸鋰光子芯片，最終實現(xiàn)了高效的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換以及片上偏振糾纏態(tài)制備。其中，薄膜鈮酸鋰光子芯片集成了多模干涉分束器、雙通道周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)以及偏振旋轉(zhuǎn)合束器。通過直流或脈沖電信號泵浦，團隊在室溫下實現(xiàn)了超高亮度的偏振糾纏光子對產(chǎn)生，亮度達到每秒4.5×1010對每毫瓦，帶寬達到73納米。該亮度較此前基于氮化硅平臺的電泵浦量子糾纏光源提升了6個數(shù)量級，帶寬提升了1個數(shù)量級。
實驗結(jié)果表明，該量子糾纏光源在多個波長信道下均表現(xiàn)出良好的貝爾態(tài)特性（保真度大于96%），并具備寬帶復(fù)用能力，器件尺寸僅為15毫米×20毫米，展現(xiàn)出優(yōu)異的集成度。該器件適用于波分復(fù)用的光纖網(wǎng)絡(luò)量子密鑰分發(fā)、基于衛(wèi)星的星地量子通信，以及基于糾纏的量子精密測量等應(yīng)用場景。
本文鏈接： 科學(xué)家實現(xiàn)電泵浦片上集成高亮度量子糾纏光源http://m.sq15.cn/show-2-14605-0.html
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