基于光量子集成芯片，多光子非線性量子干涉首次實(shí)現(xiàn)

IT之家 1 月 17 日消息，據(jù)科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)任希鋒研究組與國外同行合作，基于光量子集成芯片，在國際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過程的干涉。相關(guān)成果于 1 月 13 日發(fā)表在光學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)（Optica）》上。

▲ 用于實(shí)現(xiàn)四光子非線性量子干涉的集成光量子芯片 | 圖源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)表示，量子干涉是眾多量子應(yīng)用的基礎(chǔ)，特別是近年來基于路徑不可區(qū)分性產(chǎn)生的非線性干涉過程越來越引起人們的關(guān)注。盡管雙光子非線性干涉過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了二十多年，并且在許多新興量子技術(shù)中得到了應(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)定性和路徑重合性需求，一直未獲得新的進(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，在前期工作基礎(chǔ)上，研究組同德國馬克斯普朗克光科學(xué)研究所 MarioKrenn 教授合作，通過進(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)進(jìn)一步片上級(jí)聯(lián)，在國際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過程的相干相長、相消過程。而雙光子符合并未觀測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 3.8×0.8mm2 的硅基集成光子芯片上完成。

IT之家了解到，該成果成功地將兩光子非線性干涉過程擴(kuò)展到多光子過程，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)觀測等眾多新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。