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多光子非線性量子干涉首次實(shí)現(xiàn)

摘要:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)任希鋒研究組與國(guó)外同行合作,基于光量子集成芯片,在國(guó)際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過(guò)程的干涉。相關(guān)成果日前發(fā)表在光學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)》上。

  ICC訊 記者16日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)任希鋒研究組與國(guó)外同行合作,基于光量子集成芯片,在國(guó)際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過(guò)程的干涉。相關(guān)成果日前發(fā)表在光學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)》上。

  量子干涉是眾多量子應(yīng)用的基礎(chǔ),特別是近年來(lái)基于路徑不可區(qū)分性產(chǎn)生的非線性干涉過(guò)程越來(lái)越引起人們的關(guān)注。盡管雙光子非線性干涉過(guò)程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了20多年,并且在許多新興量子技術(shù)中得到應(yīng)用,直到2017年,人們才在理論上將該現(xiàn)象擴(kuò)展到多光子過(guò)程,但實(shí)驗(yàn)上由于需要極高的相位穩(wěn)定性和路徑重合性,一直未獲得新進(jìn)展。光量子集成芯片,以其極高的相位穩(wěn)定性和可重構(gòu)性逐漸發(fā)展成為展示新型量子應(yīng)用、開發(fā)新型量子器件的理想平臺(tái),也為多光子非線性干涉研究提供了實(shí)現(xiàn)的可能性。

  任希鋒研究組長(zhǎng)期致力于硅基光量子集成芯片開發(fā)及相關(guān)應(yīng)用研究并取得系列重要進(jìn)展。在前工作基礎(chǔ)上,研究組通過(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(jié)構(gòu)片上級(jí)聯(lián),在國(guó)際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過(guò)程的相干相長(zhǎng)、相消過(guò)程,其四光子干涉可見度為0.78。而雙光子符合并未觀測(cè)到隨相位的明顯變化,這同理論預(yù)期一致。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在一個(gè)尺寸僅為3.8×0.8平方毫米的硅基集成光子芯片上完成。

  這一成果成功地將兩光子非線性干涉過(guò)程擴(kuò)展到多光子過(guò)程,為新型量子態(tài)制備、遠(yuǎn)程量子計(jì)量以及新的非局域多光子干涉效應(yīng)觀測(cè)等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。審稿人一致認(rèn)為這是一個(gè)重要的研究工作,并給出了高度評(píng)價(jià):該芯片設(shè)計(jì)精良,包含多種集成光學(xué)元件,如糾纏光子源、干涉儀、頻率濾波器/組合器;這項(xiàng)工作推動(dòng)了集成光子量子信息科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域的發(fā)展。

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