【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在量子信息科學(xué)領(lǐng)域取得一項(xiàng)里程碑式進(jìn)展——研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了電泵浦的片上集成高亮度糾纏光子對(duì)光源。這項(xiàng)成果標(biāo)志著我國(guó)在實(shí)用化、集成化量子光源的研發(fā)道路上邁出了關(guān)鍵一步，為未來(lái)大規(guī)模、可擴(kuò)展的量子信息技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的器件基礎(chǔ)。
糾纏光子對(duì)是量子信息處理的核心資源，如同量子世界的“糾纏雙生子”，其狀態(tài)無(wú)論相隔多遠(yuǎn)都保持高度關(guān)聯(lián)。它們?cè)诹孔佑?jì)算、量子通信、精密測(cè)量等領(lǐng)域具有不可替代的作用。然而，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，必須克服傳統(tǒng)糾纏光源在體積、功耗、穩(wěn)定性和集成兼容性等方面的局限。以往高性能糾纏光源多依賴于復(fù)雜龐大的光學(xué)平臺(tái)和激光泵浦，難以與微型化的片上光子集成電路有效融合。
中國(guó)科大的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精巧的設(shè)計(jì)與前沿的納米加工技術(shù)，成功攻克了這一系列挑戰(zhàn)。他們的突破主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
首先，實(shí)現(xiàn)了高效的“電泵浦”機(jī)制。 與通常需要外部大型激光器提供光能來(lái)激發(fā)光子產(chǎn)生的“光泵浦”方式不同，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的光源可以直接通過(guò)注入電流來(lái)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生糾纏光子對(duì)。這類似于我們?nèi)粘ｋ娮赢a(chǎn)品的工作方式，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了功耗和體積，是走向芯片化、器件化的核心一步。
其次，完成了“片上集成”的先進(jìn)架構(gòu)。 研究團(tuán)隊(duì)將產(chǎn)生糾纏光子的核心功能單元——包括新型量子光源和調(diào)控光路的微納結(jié)構(gòu)——直接制備在了一片微小的芯片上。這種高度集成化的設(shè)計(jì)，不僅使系統(tǒng)變得極其緊湊和穩(wěn)定，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，而且為未來(lái)與多種光子功能元件(如調(diào)制器、探測(cè)器)進(jìn)行大規(guī)模單片集成鋪平了道路，是構(gòu)建真正意義上的“量子光子芯片”的關(guān)鍵。
第三，保證了“高亮度”的優(yōu)異性能。 在實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)和片上集成的同時(shí)，該光源產(chǎn)生的糾纏光子對(duì)速率(亮度)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。高亮度意味著在單位時(shí)間內(nèi)能獲取更多可用的糾纏光子資源，這對(duì)于提升量子密鑰分發(fā)的成碼率、加速量子模擬與計(jì)算的速度至關(guān)重要。
這項(xiàng)研究工作的深遠(yuǎn)意義在于，它將理想中的量子光源特性——小型化、低功耗、高穩(wěn)定、易集成——變成了現(xiàn)實(shí)。采用電泵浦的片上集成糾纏光源，有望像當(dāng)年的集成電路革命一樣，推動(dòng)量子信息技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室的精密“光學(xué)平臺(tái)”走向產(chǎn)業(yè)化的“芯片平臺(tái)”，極大加速量子計(jì)算系統(tǒng)、城域量子通信網(wǎng)絡(luò)、集成量子傳感等前沿技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
該成果充分展現(xiàn)了中國(guó)科大在量子科技前沿領(lǐng)域的深厚積累與創(chuàng)新能力，是我國(guó)科研人員在該領(lǐng)域持續(xù)深耕、勇攀高峰的又一重要體現(xiàn)。它不僅為后續(xù)研制更復(fù)雜的集成量子光學(xué)系統(tǒng)提供了全新的工具和平臺(tái)，也為我國(guó)在全球量子科技競(jìng)爭(zhēng)中持續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)注入了新的動(dòng)力。
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