我國科學家研製出國際首個集成化多通道量子頻率轉換晶片

2020-11-06 槐江山人

多通道量子頻率轉換晶片在量子信息技術領域，尤其是單光子成像與遠距離量子存儲器方面具有十分重要的作用。在國家科技計劃的支持下，濟南量子技術研究院與中國科學技術大學研究人員合作，成功研製出了國際首個集成化的多通道量子頻率轉換晶片。該晶片由34通道波導及34通道的光纖陣列進行雙端耦合封裝而成，用於1550 nm波段單光子信號和1950 nm波段泵浦光進行非線性和頻。該晶片基於逆向質子交換的周期性極化鈮酸鋰波導（PPLN），實現了多通道光子非線性頻率轉換，且頻率轉換過程中保持光子的量子特性不變。實驗表明，該晶片各通道的1550 nm信號光平均轉化效率為60%，可媲美於商用單通道PPLN波導晶片。同時，該研究團隊利用該晶片研製出了陣列式上轉換單光子探測器，達到了各通道平均探測效率23.2%、平均暗計數557 cps，及相鄰通道間隔離度大於71 dB的指標。

該量子頻率轉換晶片的研發成功實現了多通道的差頻轉換，對遠距離多模量子存儲技術的發展起到重要的推動作用。研製的陣列式探測器在高速量子密鑰分發、深空雷射通信、單光子成像及雷射雷達等領域具有廣泛的應用前景。

(a) 耦合封裝後的34通道PPLN波導；(b) 多通道PPLN波導微觀圖及單根波導結構圖； (c) 放大200倍後的多通道PP

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