​我国科学家在集成量子光源取得重大突破

我国科学家在集成量子光源取得重大突破

IT 之家 8 月 24 日消息，深圳国际量子研究院昨日（8 月 23 日）发布博文，宣布基于可工业级量产的超低损耗氮化硅波导，在集成量子光源构建方面取得重要进展。

项目背景

量子信息为信息的产生、传递和处理提供了超越经典方法的全新范式，正在推动对人类信息社会新一轮的变革。

光子由于其极佳的量子相干性，能够在常温下有效抵抗外界环境扰动，因此是量子信息最重要的载体之一。基于对光子的调控，人们证实了量子计算优越性，并建立了城际量子通讯网络。

然而，迄今大规模光量子信息处理系统均基于自由空间光学或光纤光学构建，其可扩展性仍面临较大挑战。

近年来，基于光芯片的光量子信息处理也逐步进入人们视野，相关工作大多基于目前最主流的商用硅光平台。但是，硅波导超过 1 dB / cm 的损耗严重限制了其开展 " 光子级 " 实验的能力。

项目简介

深圳国际量子研究院刘骏秋研究团队利用超高品质因子微腔，该集成光源产生光子对的线宽首次达到原子跃迁线量级，且其亮度为迄今硅基集成光学平台的最佳纪录。

图 1：超低损耗氮化硅芯片照片。该芯片在 5 mm × 5 mm 的尺寸上集成了超过 30 个微腔；基于 6 寸晶圆，在一次流片中可以接近 100% 的良率得到超过 300 片这样的芯片。

团队主要引入了氮化硅材料，提供了极佳的解决方案。氮化硅具有很多极其优良的光学特性，包括从紫外到中红外的光透明区间、在通讯波长无双光子吸收以及合适的 Kerr 非线性等。

氮化硅光芯片的加工能够完全兼容当下标准 CMOS 硅芯片工艺，并实现了低至 0.01 分贝每厘米的线性损耗。

团队通过腔内自发四波混频，研究团队制备出线宽低至 25.9 MHz 的光子对，这是芯片集成窄线宽量子光源首次达到原子跃迁线量级。

图 2：基于微腔的光子对产生示意图。泵浦光进入微腔后通过非线性效应自发产生光子对；高品质因子微腔能够有效压窄所产生光子对线宽，并极大提升亮度。

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