基于晶元的光子源以近 100倍以及更多的效率创建纠缠光子

为了寻求快速、高效产生纠缠光子对的光子源用于量子计算和超快通信，来自Stevens Institute of Technology的研究人员开发出了一种基于芯片的光子源。相比于之前的方法，它能够产生效率高达100倍的纠缠光子对。传统方法将光束困在精心设计的纳米级微腔中;光在微腔内移动会导致单个光子产生共振并分裂成纠缠对。这些系统存在的问题是效率低下，需要输入激光的脉冲，这由数以亿计的光子组成，然后才能创建一个纠缠光子对。

Stevens Institute of Technology的Yuping Huang和他的同事展示了一种量子电路，它可以很容易地与其它光学组件集成，为高速、可重新配置和多层面的量子器件铺平道路。Stevens Institute of Technology QuEST实验室供图。

这种方法是由Gallagher物理副教授、量子科学与工程中心主任Yuping Huang和他的同事开发的，允许通过一个微瓦动力的激光束，以产生数千万个纠缠光子对。Huang说，"长期以来研究人员猜想这在理论上是可能的，但我们是第一个在实践中证明了可行性，" Huang与研究生Zhaohui Ma和Jiayang Chen合作，将超高质量的微米腔研发成铌酸锂晶体片。微腔内呈现出赛道的形状，在内部反射光子，几乎没有能量损失。由于包括温度在内的扰动，这允许光可以循环更长的时间，以更高的效率相互作用。

研究人员已经开始改进他们的工艺过程。他们说期望实现一个量子光学系统，可以把一个单一的输入光子转换成一对纠缠的输出光子，几乎没有浪费能量。"这绝对是可以实现的，" Chen说。"现在我们只需要逐步改进。在此期间，该团队打算继续推进其技术，并寻找使用其器件驱动逻辑门和其它量子计算或通信组件的方法。 "由于这项技术已经基于芯片，我们准备通过集成其它无源或有源光学组件开始扩展，" Huang解释道。

Huang说最终的目标是使量子器件的运行效率足够高、价格足够低，这样才能够集成到主流电子器件上。"我们希望将量子技术带出实验室，这样它才能造福于我们每一个人，" Huang说，“不久的将来，我们希望孩子们的背包里装着量子笔记本电脑，我们正努力让这一切成为现实。”

这项研究成果发表在《Physical Review Letters》上。(https://arxiv.org/abs/2010.04242).