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多光子非線性量子干涉首次實現

2023-01-18 17:03:28 | 來源: 科技日報 | 責編: 陳晨
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  記者16日從中國科學技術大學獲悉,該校郭光燦院士團隊任希鋒研究組與國外同行合作,基於光量子整合晶片,在國際上首次展示了四光子非線性産生過程的干涉。相關成果日前發表在光學權威學術期刊《光學》上。

  量子干涉是眾多量子應用的基礎,特別是近年來基於路徑不可區分性産生的非線性干涉過程越來越引起人們的關注。儘管雙光子非線性干涉過程已經實現了20多年,並且在許多新興量子技術中得到應用,直到2017年,人們才在理論上將該現象擴展到多光子過程,但實驗上由於需要極高的相位穩定性和路徑重合性,一直未獲得新進展。光量子整合晶片,以其極高的相位穩定性和可重構性逐漸發展成為展示新型量子應用、開發新型量子器件的理想平臺,也為多光子非線性干涉研究提供了實現的可能性。

  任希鋒研究組長期致力於硅基光量子整合晶片開發及相關應用研究並取得系列重要進展。在前工作基礎上,研究組通過進一步將多光子量子光源模組、濾波模組和延時模組等結構片上級聯,在國際上首次展示了四光子非線性産生過程的相干相長、相消過程,其四光子干涉可見度為0.78。而雙光子符合併未觀測到隨相位的明顯變化,這同理論預期一致。整個實驗在一個尺寸僅為3.8×0.8平方毫米的硅基整合光子晶片上完成。

  這一成果成功地將兩光子非線性干涉過程擴展到多光子過程,為新型量子態製備、遠端量子計量以及新的非局域多光子干涉效應觀測等應用奠定了基礎。審稿人一致認為這是一個重要的研究工作,並給出了高度評價:該晶片設計精良,包含多種整合光學元件,如糾纏光子源、干涉儀、頻率濾波器/組合器;這項工作推動了整合光子量子資訊科學與技術研究領域的發展。(記者吳長鋒)

  

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