近日，濟(jì)南量子技術(shù)研究院與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作，成功研制出國(guó)際首個(gè)集成化的多通道量子頻率轉(zhuǎn)換芯片。

該芯片基于逆向質(zhì)子交換的周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)(PPLN)，實(shí)現(xiàn)了多通道光子非線性頻率轉(zhuǎn)換，且頻率轉(zhuǎn)換過程中保持光子的量子特性不變。

該成果由量子探測(cè)與波導(dǎo)器件實(shí)驗(yàn)室張強(qiáng)教授、謝秀平高工、鄭名揚(yáng)副研究員等人合作完成，論文發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Physical Review Applied》上。

近年來，在量子信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是單光子成像與遠(yuǎn)距離量子存儲(chǔ)器方面，亟需多通道量子頻率轉(zhuǎn)換芯片。為滿足研究與應(yīng)用的需要，濟(jì)南量子技術(shù)研究院開創(chuàng)性的研制了多通道量子頻率轉(zhuǎn)換芯片。

該芯片由34通道波導(dǎo)及34通道的光纖陣列進(jìn)行雙端耦合封裝而成，芯片設(shè)計(jì)用于1550nm波段單光子信號(hào)和1950nm波段泵浦光進(jìn)行非線性和頻。

實(shí)驗(yàn)表明，各通道的1550nm信號(hào)光平均轉(zhuǎn)化效率為60%，可媲美于商用單通道PPLN波導(dǎo)芯片。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)利用該芯片研制了陣列式上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器，達(dá)到了各通道平均探測(cè)效率23.2%、平均暗計(jì)數(shù)557cps，及相鄰?fù)ǖ篱g隔離度大于71dB的指標(biāo)。該陣列式探測(cè)器在高速量子密鑰分發(fā)、深空激光通信、單光子成像及激光雷達(dá)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

此外，研究人員利用該量子頻率轉(zhuǎn)換芯片成功實(shí)現(xiàn)了多通道的差頻轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明該集成化芯片將對(duì)遠(yuǎn)距離多模量子存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省泰山學(xué)者工程、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、濟(jì)南高新區(qū)管委會(huì)的資助。