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我國科學家在集成量子光源取得重大突破:光子對的線寬首次達到原子躍遷線量級、亮度刷新最佳紀錄

2024/8/24 10:23:25 來源:IT之家 作者:故淵 責編:故淵

IT之家 8 月 24 日消息,深圳國際量子研究院昨日(8 月 23 日)發(fā)布博文,宣布基于可工業(yè)級量產的超低損耗氮化硅波導,在集成量子光源構建方面取得重要進展。

項目背景

量子信息為信息的產生、傳遞和處理提供了超越經典方法的全新范式,正在推動對人類信息社會新一輪的變革。

光子由于其極佳的量子相干性,能夠在常溫下有效抵抗外界環(huán)境擾動,因此是量子信息最重要的載體之一。基于對光子的調控,人們證實了量子計算優(yōu)越性,并建立了城際量子通訊網絡。

然而,迄今大規(guī)模光量子信息處理系統(tǒng)均基于自由空間光學或光纖光學構建,其可擴展性仍面臨較大挑戰(zhàn)。

近年來,基于光芯片的光量子信息處理也逐步進入人們視野,相關工作大多基于目前最主流的商用硅光平臺。但是,硅波導超過 1 dB / cm 的損耗嚴重限制了其開展“光子級”實驗的能力。

項目簡介

深圳國際量子研究院劉駿秋研究團隊利用超高品質因子微腔,該集成光源產生光子對的線寬首次達到原子躍遷線量級,且其亮度為迄今硅基集成光學平臺的最佳紀錄。

圖 1:超低損耗氮化硅芯片照片。該芯片在 5 mm×5 mm 的尺寸上集成了超過 30 個微腔;基于 6 寸晶圓,在一次流片中可以接近 100% 的良率得到超過 300 片這樣的芯片。

團隊主要引入了氮化硅材料,提供了極佳的解決方案。氮化硅具有很多極其優(yōu)良的光學特性,包括從紫外到中紅外的光透明區(qū)間、在通訊波長無雙光子吸收以及合適的 Kerr 非線性等。

氮化硅光芯片的加工能夠完全兼容當下標準 CMOS 硅芯片工藝,并實現(xiàn)了低至 0.01 分貝每厘米的線性損耗。

團隊通過腔內自發(fā)四波混頻,研究團隊制備出線寬低至 25.9 MHz 的光子對,這是芯片集成窄線寬量子光源首次達到原子躍遷線量級。

圖 2:基于微腔的光子對產生示意圖。泵浦光進入微腔后通過非線性效應自發(fā)產生光子對;高品質因子微腔能夠有效壓窄所產生光子對線寬,并極大提升亮度。

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關鍵詞:量子

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