中科大实现电泵浦片上集成高亮度纠缠量子光源?

众安在线、众安新闻客户端讯 中国科学技术大学记者12月17日获悉，中国科学技术大学潘建伟、张强教授组成的研究团队与济南量子技术研究所、中科院半导体研究所等电学单位合作，成功集成了高右电泵。通过分布式反馈激光器和薄膜铌酸锂光子芯片的混合集成制备偏振纠缠源，向集成量子信息处理迈出了重要一步。 12月16日，相关成果以“编辑推荐”的形式发表在《Physical Review Letters》上。电泵浦偏振纠缠光子源封装示意图。中国科学技术大学供图 纠缠量子光源已上线是量子信息科学的主要来源，广泛应用于量子通信、量子计算、量子精密测量等领域。传统的纠缠光子源主要基于多个非线性晶体或波导，通常需要外部独立的激光器来实现光泵浦，这极大地限制了纠缠源的集成和可扩展性。与光泵浦相比，电泵浦方案通过直接向芯片注入电流来实现非线性参量过程，避免了外部激光器的使用，从而提高了纠缠源的集成度和可扩展性。近年来，尽管硅、氮化硅、铌酸锂等集成光平台器件发展迅速，但同时实现电泵浦纠缠光子源的高亮度和高耦合仍面临挑战。科学大学研究团队中国科学技术创新性地采用了分布式反馈激光器与薄膜铌酸锂光子芯片相结合的混合解决方案。他们采用了中国科学院半导体研究所牛志川研究员团队研发的780纳米波段分布反馈激光器，并与济南量子技术研究所的集成双通道参量下转换薄膜铌酸锂光子芯片相结合。最终，他们实现了高效的自发参量下转换和片上偏振纠缠态制备。其中，薄膜铌酸锂光子芯片集成了多模干涉分束器、双通道周期偏振铌酸锂波导和偏振旋转合束器。通过用直流或脉冲电信号泵浦，该团队实现了在室温下生成超高亮度偏振附加光子对，亮度达到4.5*1010对/秒/毫瓦（每秒毫瓦10到10对的4.5倍），带宽为73纳米。这个亮度比之前基于氮化硅平台的电泵浦纠缠源高了六个数量级，带宽也高了一个数量级。实验结果表明，该纠缠源在多个波长通道中表现出良好的贝尔态特性（保真度大于96%），并且具有宽带复用能力。器件尺寸仅为15mm x 20mm，具有出色的集成度。该设备适用于波分复用光纤网络量子密钥分发、星基星地量子通信、基于纠缠的量子精密测量等应用场景。 （记者王乔）