基于铌酸锂光量子芯片的宽调谐高品质全同光子对

【作者】 端家晨； 徐平； 龚彦晓； 谢臻达； 祝世宁；

【机构】 固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理学院和电子科学与工程学院； 国防科技大学计算机学院量子信息研究所；

【摘要】 在量子计算[1]、量子通信等领域,光子由于不易退相干、高速传输等特性,一直是一种优良的信息载体。由于铌酸锂具有较大的二阶非线性系数、高效高速的电光效应、易于单片集成等优势,已经被广泛用于产生量子计算和量子通信的各种光子源,特别是最近几年铌酸锂有源光量子芯片的出现[2],使得极化工艺和波导加工技术有效的兼容,能够在芯片上产生高亮度光子源的同时还能够对光子进行处理和调控,实现高集成度、可扩展的量子信息处理芯片。在基于铌酸锂的质子交换波导芯片,泵浦光先通过超晶格结构发生下转换产生参量光,参量光再通过片上的定向耦合器进行干涉得到分离的全同光子态即|11〉态[2]。本工作中,我们为了获得高保真度的而且是宽调谐的|11〉态,对光量子芯片的设计进行了多项改进。一是设计泵浦光在两路产生的光子对尽量全同,二是分束器的分束比精确达到50:50,三是提高了芯片的工作波长调谐范围。我们的具体设计是:片上的马赫曾德尔(MZ)干涉仪和多周期超晶格的嵌套,实现在1550nm波段附近200nm调谐的分离全同光子对,路径纠缠度超过96%,光子对产率超过107Hz/nm/mW。这为基于铌酸锂的有源量子芯片在量子计算和量子通信领域带来更加实用的前景。更多还原