基于光量子集成芯片，多光子非線(xiàn)性量子干涉首次實(shí)現

IT之家 1 月 17 日消息，據科技日報報道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊任希鋒研究組與國外同行合作，基于光量子集成芯片，在國際上首次展示了四光子非線(xiàn)性產(chǎn)生過(guò)程的干涉。相關(guān)成果于 1 月 13 日發(fā)表在光學(xué)權威學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)（Optica）》上。

▲ 用于實(shí)現四光子非線(xiàn)性量子干涉的集成光量子芯片 | 圖源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)表示，量子干涉是眾多量子應用的基礎，特別是近年來(lái)基于路徑不可區分性產(chǎn)生的非線(xiàn)性干涉過(guò)程越來(lái)越引起人們的關(guān)注。盡管雙光子非線(xiàn)性干涉過(guò)程已經(jīng)實(shí)現了二十多年，并且在許多新興量子技術(shù)中得到了應用，直到 2017 年人們才在理論上將該現象擴展到多光子過(guò)程，但實(shí)驗上由于需要極高的相位穩定性和路徑重合性需求，一直未獲得新的進(jìn)展。光量子集成芯片，以其極高的相位穩定性和可重構性逐漸發(fā)展成為展示新型量子應用、開(kāi)發(fā)新型量子器件的理想平臺，也為多光子非線(xiàn)性干涉研究提供了實(shí)現的可能性。

任希鋒研究組長(cháng)期致力于硅基光量子集成芯片開(kāi)發(fā)及相關(guān)應用研究并取得系列重要進(jìn)展，在前期工作基礎上，研究組同德國馬克斯普朗克光科學(xué)研究所 MarioKrenn 教授合作，通過(guò)進(jìn)一步將多光子量子光源模塊、濾波模塊和延時(shí)模塊等結構進(jìn)一步片上級聯(lián)，在國際上首次展示了四光子非線(xiàn)性產(chǎn)生過(guò)程的相干相長(cháng)、相消過(guò)程。而雙光子符合并未觀(guān)測到隨相位的明顯變化，這同理論預期一致。整個(gè)實(shí)驗在一個(gè)尺寸僅為 3.8×0.8mm2 的硅基集成光子芯片上完成。

IT之家了解到，該成果成功地將兩光子非線(xiàn)性干涉過(guò)程擴展到多光子過(guò)程，為新型量子態(tài)制備、遠程量子計量以及新的非局域多光子干涉效應觀(guān)測等眾多新應用奠定了基礎。