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硅基光子芯片可产生纠缠光子对

发布时间:2019-08-15 16:20:08

  在受控的模式下,硅基光子芯片发出纠缠光子对,这种芯片可以制作成量子收发器。研究论文发表于Nature Communications。该芯片由加州大学圣地亚哥分校研发,他们将硅基光子芯片放置在一个温度可控的载物台上,通过一个电信级低功率二极管进行抽运。经过一个过滤器,该芯片每吸收一对光子,可产生两个子光子。其中一个子光子的频率比输入光子的频率高,另一个子光子的频率比输入光子的频率低,它们的总频率与母光子相同。

  硅通常被认为是种发光性能很差的材料 举例来说,虽然经过了几十年的研究,但还没有出现过硅二极管器。 研究人员说, 然而,如果你想要做一个芯片能发出量子光(例如某些量子力学特性发生纠缠的成对的单光子),你会想在室温下进行制备,进而该芯片可以有广泛的应用。实验证明,硅是产生光子相当好的材料。 该芯片的光变化过程,被称为自发光的非线性混合(SONM),已经在很多材料中进行过论证,包括玻璃光纤、晶体和半导体,例如硅。

  博士后研究员Marc Savanier说: 有件事你不得不做,就是在硅上做出波导和微谐振腔,用来增强在特定波长的光强。单就一个硅片是无法获得很高的SONM系数的,也不会产生能够满足测试要求数量的纠缠光子对。

  图1 这种硅基光子芯片尺寸是 15mm,芯片的水平条纹对应着不同的硅基光子学结构,

  这种结构用来产生和控制光;在实验中用到的结构在芯片的中间附近

  利用兼容CMOS的光刻技术,研究人员在芯片中制备了一种模式结构,可以使发射光子对的联合光谱强度和施密特数可以通过改变抽运频率或者芯片温度很容易的进行调谐。研究生Ranjeet Kumar说: 低的施密特数表示,对于被称为预报探测的特殊的量子光学特性,器件产生的光子对已经被调谐了,然而,高的施密特数则表示器件产生的光子可以用来对每个光子超过一个的单一量子比特信息进行编码。

  研究人员在论文中写道: 这种控制有益于高维通讯,在该领域中定时探测器的限制可以通过在较小的频率范围实现大施密特数来打破。

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