量子信息技術(shù)是21世紀(jì)最具魅力的領(lǐng)域之一，它利用量子世界的疊加原理和糾纏特性使得信息處理在容量、速度和精度等方面展現(xiàn)出極大優(yōu)勢(shì)，將成為后摩爾時(shí)代的支撐技術(shù)。而這一技術(shù)的實(shí)用化還存在很大挑戰(zhàn)，其中如何將量子器件芯片化，即在降低成本的同時(shí)提升芯片性能成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。 l!^+Xeg~  
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最近，南京大學(xué)物理學(xué)院祝世寧院士科研小組實(shí)現(xiàn)了基于鈮酸鋰的首個(gè)量子光學(xué)芯片，將糾纏光子源、電光調(diào)制器、光子干涉儀等功能單元成功集成在同一塊基于光學(xué)超晶格的鈮酸鋰光子芯片上，實(shí)現(xiàn)了糾纏光子產(chǎn)生和調(diào)控的一體化設(shè)計(jì)，完成了糾纏光子對(duì)聚束態(tài)和分離態(tài)的快速切換。 A,'JmF$d  
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圖1是芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和外觀照片。整個(gè)芯片分為三個(gè)區(qū)域，區(qū)域I是對(duì)經(jīng)典抽運(yùn)激光的處理，主要是對(duì)抽運(yùn)光的分束和相位調(diào)制，區(qū)域II是疇反轉(zhuǎn)區(qū)，也稱光學(xué)超晶格區(qū)，將兩路抽運(yùn)光轉(zhuǎn)化為簡并的糾纏光子對(duì)，得到一個(gè)路徑聚束態(tài)。區(qū)域III是對(duì)糾纏光子的處理，利用波導(dǎo)耦合器實(shí)現(xiàn)Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉以及對(duì)抽運(yùn)光的濾波。 ~Dz
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如果II區(qū)域產(chǎn)生的路徑聚束態(tài)中兩光路相位相同，那么該聚束態(tài)經(jīng)由HOM干涉后得到分離態(tài)。對(duì)于具有相位差的一般路徑聚束態(tài)，干涉后得到分離態(tài)和聚束態(tài)的疊加。該鈮酸鋰芯片可在室溫穩(wěn)定工作，工作電壓僅為0-3.55V，調(diào)控速率可達(dá)40GHz，光學(xué)超晶格區(qū)光子對(duì)產(chǎn)率為1.1×107Hz nm-1 mW-1，是一個(gè)明亮的、可調(diào)控的芯片化量子光源，其基本指標(biāo)與硅基光子芯片相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。該芯片輸入輸出與光纖頭直接連接并固化，芯片尺寸5cm*5mm，穩(wěn)定性高, 便于攜帶, 接近實(shí)用化。 v?en-,{A  
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這一工作是全固態(tài)量子芯片研究方面的重要進(jìn)展, 是對(duì)鈮酸鋰量子邏輯門、量子模擬芯片研究的有力推動(dòng)。該工作發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào)(Phys. Rev. Lett. 113, 1036019(2014))，并作為亮點(diǎn)工作入選Editor’s suggestion和Physics 網(wǎng)站IEEE Spectrum專欄對(duì)該工作進(jìn)行采訪。 [
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