基于光量子集成芯片，多光子非线性量子干涉首次实现

1 月 17 日消息，据科技日报报道，中国科学技术大学郭光灿院士团队任希锋研究组与国外同行合作，基于光量子集成芯片，在国际上首次展示了四光子非线性产生过程的干涉。相关成果于 1 月 13 日发表在光学权威学术期刊《光学（Optica）》上。

▲用于实现四光子非线性量子干涉的集成光量子芯片 | 图源：中国科学技术大学网站

中国科学技术大学表示，量子干涉是众多量子应用的基础，特别是近年来基于路径不可区分性产生的非线性干涉过程越来越引起人们的关注。尽管双光子非线性干涉过程已经实现了二十多年，并且在许多新兴量子技术中得到了应用，直到 2017 年人们才在理论上将该现象扩展到多光子过程，但实验上由于需要极高的相位稳定性和路径重合性需求，一直未获得新的进展。光量子集成芯片，以其极高的相位稳定性和可重构性逐渐发展成为展示新型量子应用、开发新型量子器件的理想平台，也为多光子非线性干涉研究提供了实现的可能性。

任希锋研究组长期致力于硅基光量子集成芯片开发及相关应用研究并取得系列重要进展，在前期工作基础上，研究组同德国马克斯普朗克光科学研究所 MarioKrenn 教授合作，通过进一步将多光子量子光源模块、滤波模块和延时模块等结构进一步片上级联，在国际上首次展示了四光子非线性产生过程的相干相长、相消过程。而双光子符合并未观测到随相位的明显变化，这同理论预期一致。整个实验在一个尺寸仅为 3.8×0.8mm2 的硅基集成光子芯片上完成。

该成果成功地将两光子非线性干涉过程扩展到多光子过程，为新型量子态制备、远程量子计量以及新的非局域多光子干涉效应观测等众多新应用奠定了基础。

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