来源：DeepTech深科技
哥本哈根大学博士后研究员帕特里克·I·桑德（Patrik I. Sund）为论文第一作者，明斯特大学博士后研究员弗朗西斯科·伦蒂尼（Francesco Lenzini）、哥本哈根大学助理教授斯特凡诺·佩萨尼（Stefano Paesani）为论文共同通讯作者。
图丨实验装置的原理图（来源：Science Advances）在该研究中，课题组成员首次在绝缘体电路上开发出多模铌酸锂光电路，用于单光子的量子信息处理。为实现该目标，他们使用电路来调节和促进从量子点单光子源发出的光子量子态功能。
研究人员将波导集成量子点源发射的单光子注入铌酸锂光电路中，来探索光量子信息处理的关键功能，例如，可重构通用电路上的多光子干涉。
他们展示了用于在绝缘体波导上实现单模铌酸锂的几何结构，通过电子束光刻和氩等离子体蚀刻，在硅基衬底上贴合的铌酸锂薄膜上实现肋形波导光路。
图丨多模高速集成电路中的光子处理（来源：Science Advances）蚀刻后，用氢倍半硅氧烷层包覆波导，并通过将光子集成电路光学耦合到单模光纤的方式提高耦合效率，以有源方法将快速光开关和电路与光纤连接。
研究人员利用配有定向耦合器和电可调移相器的马赫·曾德尔干涉仪，实现了电光可调谐波导电路。
他们从量子点发射的单光子流中创建了双光子输入状态，同时使用片外解复用器来分离连续的光子对，从而允许光子同时到达芯片。然后，将光子引导至单光子探测器进行符合检测。
快速光子路由器在光量子计算中具有重要意义，其能够以多种模式安装，用于近确定性函数中的复用方案。该团队通过旋转发射的光子流，利用确定性量子发射器进行网络方案，来降低光量子计算架构的成本。
图丨平台概述（来源：Science Advances）该课题组在铌酸锂平台上集成了快速移相器，并展示了用于量子点发射光子的片上光子路由器。实验装置中的解复用器包含三个快速电光马赫·曾德尔干涉仪开关，级联在树形矩阵网络中。
整个实验电路显示出铌酸锂在绝缘体平台上，路由量子点产生光子的巨大潜力。具有可编程组件的多模量子光子干涉仪，对于实现光量子技术的核心功能至关重要，例如多光子门和融合测量，以实现量子计算实验或模拟量子模拟的电路。
研究人员验证了在绝缘体平台上使用量子点铌酸锂进行此类实验的可能性，并实现了由 6 个马赫·曾德尔干涉仪和 10 个相位调制器组成的通用四模干涉仪。
绝缘体量子处理器上的高速铌酸锂，提供了一种将光量子技术扩展到光子纳米结构之外的途径，从而有望实现大规模容错光量子计算。
参考资料：1.Patrik I. Sund et al. High-speed thin-film lithium niobate quantum processor driven by a solid-state quantum emitter.
Science Advances 9,19(2023). DOI：10.1126/sciadv.adg7268
https://phys.org/news/2023-05-quantum-leapshigh-speed-thin-film-lithium-niobate.html#google_vignette
https://www.hpcwire.com/2023/06/03/researchers-develop-integrated-photonic-platform-based-on-thin-film-lithium-niobate/
支持：邹名之
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