加利福尼亞州，圣地亞哥，2014年12月17日——在受控的模式下，硅基光子芯片發(fā)出糾纏光子對，這種芯片可以制作成量子收發(fā)器。研究論文發(fā)表于Nature Communications (doi:10.1038/ncomms6489) .

該芯片由加州大學(xué)圣地亞哥分校研發(fā)，他們將硅基光子芯片放置在一個(gè)溫度可控的載物臺上，通過一個(gè)電信級低功率二極管激光器進(jìn)行抽運(yùn)。經(jīng)過一個(gè)過濾器，該芯片每吸收一對光子，可產(chǎn)生兩個(gè)子光子。其中一個(gè)子光子的頻率比輸入光子的頻率高，另個(gè)一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。

這種硅基光子芯片尺寸是3 × 15 mm，芯片的水平條紋對應(yīng)著不同的硅基光子學(xué)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)用來產(chǎn)生和控制光；在實(shí)驗(yàn)中用到的結(jié)構(gòu)在芯片的中間附近。

　　“硅通常被認(rèn)為是種發(fā)光性能很差的材料——舉例來說，雖然經(jīng)過了幾十年的研究，但還沒有出現(xiàn)過硅二極管激光器。” 研究人員說，“然而，如果你想要做一個(gè)芯片能發(fā)出量子光(例如某些量子力學(xué)特性發(fā)生糾纏的成對的單光子)，你會想在室溫下進(jìn)行制備，進(jìn)而該芯片可以有廣泛的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明，硅是產(chǎn)生光子相當(dāng)好的材料。”

該芯片的光變化過程，被稱為自發(fā)光的非線性混合(SONM)，已經(jīng)在很多材料中進(jìn)行過論證，包括玻璃光纖，晶體和半導(dǎo)體，例如硅。

博士后研究員Marc Savanier說：“有件事你不得不做，就是在硅上做出波導(dǎo)和微諧振腔，用來增強(qiáng)在特定波長的光強(qiáng)。單就一個(gè)硅片是無法獲得很高的SONM系數(shù)的，也不會產(chǎn)生能夠滿足測試要求數(shù)量的糾纏光子對。”

利用兼容CMOS的光刻技術(shù)，研究人員在芯片中制備了一種模式結(jié)構(gòu)，可以使發(fā)射光子對的聯(lián)合光譜強(qiáng)度和施密特?cái)?shù)可以通過改變抽運(yùn)頻率或者芯片溫度很容易的進(jìn)行調(diào)諧。

研究生Ranjeet Kumar說：“低的施密特?cái)?shù)表示，對于被稱為預(yù)報(bào)探測的特殊的量子光學(xué)特性，器件產(chǎn)生的光子對已經(jīng)被調(diào)諧了，然而，高的施密特?cái)?shù)則表示器件產(chǎn)生的光子可以用來對每個(gè)光子超過一個(gè)的單一量子比特信息進(jìn)行編碼。”

研究人員在論文中寫道：“這種控制有益于高維通訊，在該領(lǐng)域中定時(shí)探測器的限制可以通過在較小的頻率范圍實(shí)現(xiàn)大施密特?cái)?shù)來打破。”

（來源：中國光學(xué)期刊網(wǎng)）