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深度解讀

矽基光子芯片可產生糾纏光子對

來源:上光所2015-02-13 我要評論(0 )   

在受控的模式下,矽基光子芯片發出糾纏光子對,這種芯片可以製作成量子收發器。研究論文發表於(yu) Nature Communications。該芯片由

        在受控的模式下,矽基光子芯片發出糾纏光子對,這種芯片可以製作成量子收發器。研究論文發表於Nature Communications。該芯片由加州大學聖地亞哥分校研發,他們將矽基光子芯片放置在一個溫度可控的載物台上,通過一個電信級低功率二極管激光器進行抽運。經過一個過濾器,該芯片每吸收一對光子,可產生兩個子光子。其中一個子光子的頻率比輸入光子的頻率高,另一個子光子的頻率比輸入光子的頻率低,它們的總頻率與母光子相同。

  “矽通常被認為(wei) 是種發光性能很差的材料——舉(ju) 例來說,雖然經過了幾十年的研究,但還沒有出現過矽二極管激光器。”研究人員說,“然而,如果你想要做一個(ge) 芯片能發出量子光(例如某些量子力學特性發生糾纏的成對的單光子),你會(hui) 想在室溫下進行製備,進而該芯片可以有廣泛的應用。實驗證明,矽是產(chan) 生光子相當好的材料。” 該芯片的光變化過程,被稱為(wei) 自發光的非線性混合(SONM),已經在很多材料中進行過論證,包括玻璃光纖、晶體(ti) 和半導體(ti) ,例如矽。

  博士後研究員Marc Savanier說:“有件事你不得不做,就是在矽上做出波導和微諧振腔,用來增強在特定波長的光強。單就一個(ge) 矽片是無法獲得很高的SONM係數的,也不會(hui) 產(chan) 生能夠滿足測試要求數量的糾纏光子對。”

 

圖1 這種矽基光子芯片尺寸是3×15mm,芯片的水平條紋對應著不同的矽基光子學結構,

       這種結構用來產(chan) 生和控製光;在實驗中用到的結構在芯片的中間附近

  利用兼容CMOS的光刻技術,研究人員在芯片中製備了一種模式結構,可以使發射光子對的聯合光譜強度和施密特數可以通過改變抽運頻率或者芯片溫度很容易的進行調諧。研究生Ranjeet Kumar說:“低的施密特數表示,對於(yu) 被稱為(wei) 預報探測的特殊的量子光學特性,器件產(chan) 生的光子對已經被調諧了,然而,高的施密特數則表示器件產(chan) 生的光子可以用來對每個(ge) 光子超過一個(ge) 的單一量子比特信息進行編碼。”

  研究人員在論文中寫(xie) 道:“這種控製有益於(yu) 高維通訊,在該領域中定時探測器的限製可以通過在較小的頻率範圍實現大施密特數來打破。”

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