首次研制成功硅基導(dǎo)模量子集成光學(xué)芯片

中國科技大學(xué)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任希鋒研究組與浙江大學(xué)教授戴道鋅合作，首次研制成功硅基導(dǎo)膜量子集成芯片。成果近日發(fā)表于《自然—通訊》。

集成光學(xué)的器件及系統(tǒng)具有尺寸小、可擴(kuò)展、功耗低、穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)典光學(xué)和量子信息領(lǐng)域受到關(guān)注。以往集成量子光學(xué)芯片研究通常采用偏振自由度或路徑自由度。其中，偏振編碼在信息容量和安全性方面存在明顯不足；路徑編碼間距通常較大，制約了量子光學(xué)芯片集成度的提升和功能擴(kuò)展。

任希鋒研究組與合作者首次提出采用寬波導(dǎo)中的多個(gè)本征波導(dǎo)模式作為編碼量子信息的新自由度，利用一條支持多個(gè)波導(dǎo)模式的多模波導(dǎo)有望實(shí)現(xiàn)量子信息高維編碼。他們利用新型硅基片上波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)化器和波導(dǎo)模式復(fù)用器，成功實(shí)現(xiàn)了偏振、路徑和波導(dǎo)模式自由度之間的任意相干轉(zhuǎn)換，單光子和雙光子的干涉可見度均超過90%，充分展示了在集成量子光學(xué)芯片中同時(shí)操縱多個(gè)自由度的可能性，為實(shí)現(xiàn)集成量子光學(xué)芯片中高維量子信息過程奠定了重要基礎(chǔ)。