濟(jì)南量子研究院成功實(shí)現(xiàn)鈮酸鋰薄膜片上量子頻率轉(zhuǎn)換
近日，濟(jì)南量子技術(shù)研究院張強(qiáng)教授、謝秀平高工、劉洋研究員、鄭名揚(yáng)副研究員團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)合作，基于絕緣體上鈮酸鋰（lithium niobate on insulator，LNOI）納米光學(xué)平臺(tái)，成功實(shí)現(xiàn)低噪聲的量子頻率轉(zhuǎn)換過程。相關(guān)研究成果發(fā)表在著名期刊《npj quantum information》上，論文第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和濟(jì)南量子技術(shù)研究院聯(lián)合培養(yǎng)博士王喜娜。 ArK9E!`^
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鈮酸鋰是一種綜合性能優(yōu)異的傳統(tǒng)鐵電材料，具有電光、非線性、壓電、聲光、光折變、熱電等多種效應(yīng)。近年來，這種已面世半個(gè)世紀(jì)之久的傳統(tǒng)材料正在薄膜集成光子學(xué)領(lǐng)域迎來一場革命�；贚NOI平臺(tái)的系列量子光學(xué)器件都展示出前所未有的性能。量子頻率轉(zhuǎn)換在實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的過程中保持量子態(tài)不變，在量子信息領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如單光子探測、遠(yuǎn)距離量子存儲(chǔ)器接口、不同量子系統(tǒng)間的接口、顏色無關(guān)的頻率轉(zhuǎn)換等。 #jiqRhm
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量子頻率轉(zhuǎn)換芯片及上轉(zhuǎn)換單光子探測系統(tǒng)示意圖 ~7'.{VrU
研究團(tuán)隊(duì)在LNOI平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了低噪聲（約900cps）的量子頻率轉(zhuǎn)換過程，內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率約73%，芯片歸一化轉(zhuǎn)換效率達(dá)到(2837±97)%/(W∙㎝²)。這一過程采用長波泵浦技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信波段光子與近可見光波段光子的波長轉(zhuǎn)換。此外，研究人員采用預(yù)報(bào)單光子源驗(yàn)證了在頻率轉(zhuǎn)換過程中，量子統(tǒng)計(jì)特性保持不變。作為量子集成光路的重要單元結(jié)構(gòu)，該低噪聲量子頻率轉(zhuǎn)換器為基于LNOI平臺(tái)的集成化量子光學(xué)芯片提供了重要支持。 H_nJST<v`
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另外，研究人員基于該頻率轉(zhuǎn)換芯片搭建了上轉(zhuǎn)換單光子探測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了約8.7%的探測效率及約300cps的暗計(jì)數(shù)，這向?qū)崿F(xiàn)LNOI片上頻率轉(zhuǎn)換單光子探測邁出堅(jiān)實(shí)一步。 ^/vWK\-
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該研究得到山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者工程和濟(jì)南市泉城產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才計(jì)劃項(xiàng)目資助，得到濟(jì)南市、濟(jì)南高新區(qū)支持。 dC#\ut%l
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論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41534-023-00704-w
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