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) .

該芯片由加州大學圣地亞哥分校研發(fā)，他們將硅基光子芯片放置在一個溫度可控的載物臺上，通過一個電信級低功率二極管激光器進行抽運。經(jīng)過一個過濾器，該芯片每吸收一對光子，可產(chǎn)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，另個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著不同的硅基光子學結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)用來產(chǎn)生和控制光；在實驗中用到的結(jié)構(gòu)在芯片的中間附近。

　　“硅通常被認為是種發(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，如果你想要做一個芯片能發(fā)出量子光(例如某些量子力學特性發(fā)生糾纏的成對的單光子)，你會想在室溫下進行制備，進而該芯片可以有廣泛的應用。實驗證明，硅是產(chǎn)生光子相當好的材料。”

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)在很多材料中進行過論證，包括玻璃光纖，晶體和半導體，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和微諧振腔，用來增強在特定波長的光強。單就一個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)合光譜強度和施密特數(shù)可以通過改變抽運頻率或者芯片溫度很容易的進行調(diào)諧。

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

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)域中定時探測器的限制可以通過在較小的頻率范圍實現(xiàn)大施密特數(shù)來打破。”

（來源：中國光學期刊網(wǎng)）