光子作為一種常見的量子信息載體，在量子科學(xué)和技術(shù)中起到了關(guān)鍵作用。相較于電信號(hào)，光的一個(gè)特殊優(yōu)勢(shì)在于它有極大的帶寬。改變光子的頻率需要改變其能量，這在集成光子芯片上具有挑戰(zhàn)性。

最近，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員開發(fā)了一種集成電光調(diào)制器，可以有效地改變單光子的頻率和帶寬。該設(shè)備可用于更先進(jìn)的量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)。該研究成果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light： Science & Applications）上。

使用集成電光調(diào)制器改變單光子顏色

將光子從一種顏色轉(zhuǎn)換為另一種顏色，通常是通過將光子發(fā)送到具有強(qiáng)激光照射的晶體中來完成的，這個(gè)過程往往是低效和嘈雜的。相位調(diào)制，其中光子波的振蕩被加速或減慢以改變光子的頻率，提供了一種更有效的方法，但這種過程所需的設(shè)備，電光相位調(diào)制器，已被證明難以集成到芯片上。

一種新型光學(xué)材料可能特別適合這樣的應(yīng)用：薄膜鈮酸鋰。

SEAS電氣工程Tiantsai Lin教授，該研究的資深作者M(jìn)arko Lonar說：“在我們的工作中，我們?cè)诒∧も壦徜嚿喜捎昧艘环N新的調(diào)制器設(shè)計(jì)，器件性能顯著提高，有了這個(gè)集成調(diào)制器，我們實(shí)現(xiàn)了單光子創(chuàng)紀(jì)錄的太赫茲頻移。”

該團(tuán)隊(duì)還使用同一個(gè)調(diào)制器，利用時(shí)間透鏡的原理，可以在時(shí)間而不是空間中彎曲光線，將單光子帶寬壓縮。

該論文的第一作者Di Zhu說：“我們的設(shè)備比傳統(tǒng)的散裝設(shè)備更緊湊、更節(jié)能。它可以在同一芯片上與各種經(jīng)典和量子器件集成，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的量子光控制。

接下來，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是進(jìn)一步開展頻域量子信息處理的研究，并且探索它們?cè)诹孔佑?jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)應(yīng)用。

審核編輯 ：李倩