科學(xué)家開發(fā)能量-時(shí)間糾纏分發(fā)接收芯片

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員李浩、尤立星團(tuán)隊(duì)，研制出集成泵浦濾波與單光子探測功能的糾纏接收芯片，并完成低溫光量子芯片間的糾纏分發(fā)應(yīng)用演示。相關(guān)研究近日發(fā)表于《光子學(xué)研究》。

低溫光量子技術(shù)可用于低溫信號高保真讀出、跨平臺量子系統(tǒng)互連等領(lǐng)域，在量子計(jì)算和經(jīng)典高性能計(jì)算融合發(fā)展的趨勢下愈發(fā)重要。

超導(dǎo)納米線單光子探測器（SNSPD）具有近理想探測效率、納秒級響應(yīng)速度及極低暗計(jì)數(shù)率等優(yōu)勢，已成為構(gòu)建光量子技術(shù)體系的關(guān)鍵組件。實(shí)現(xiàn)SNSPD異質(zhì)集成的光量子芯片，可大幅降低芯片間光子耦合損耗，在提升系統(tǒng)集成度的同時(shí)顯著增強(qiáng)量子操作保真度與可擴(kuò)展性。協(xié)同實(shí)現(xiàn)高抑制比泵浦濾波和單光子探測則是進(jìn)一步解鎖低溫光量子芯片集成度和應(yīng)用的重要突破口。

研究團(tuán)隊(duì)提出了硅基無源泵浦濾波器與SNSPD的單片異質(zhì)集成方案，兼容低溫工作環(huán)境的同時(shí)對SNSPD制備過程中引入的額外工藝步驟容忍度大，適合進(jìn)行級聯(lián)以獲得高抑制比。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果顯示，片上SNSPD在1550納米波段實(shí)現(xiàn)飽和探測，系統(tǒng)探測效率達(dá)到20.1 %，片上量子效率達(dá)90%，低溫片上泵浦濾波抑制比超過56 dB。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證了該芯片的能量-時(shí)間糾纏接收功能，并完成了低溫光量子芯片間的糾纏分發(fā)演示應(yīng)用，展現(xiàn)了其在未來量子糾纏分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用潛力。

能量-時(shí)間糾纏接收芯片應(yīng)用示意圖。圖片由研究團(tuán)隊(duì)提供