IT 之家 1 月 7 日消息,小型化、集成化是解決空間光學量子系統穩定性差、不可擴展等問題的理想方案,也是光學量子計算、量子通訊等走向大規模和實用化的必經之路。量子光源作為量子光學系統必不可缺的部分,其小型化一直是人們研究的重點。
據中國科學技術大學官方消息,該校郭光燦院士團隊任希鋒教授等與新加坡國立大學教授仇成偉、博士郭強兵等合作,在二維材料非線性量子光源研究中取得重要突破。
IT 之家了解到,相關研究成果已于 1 月 4 日發表于《自然》雜志上,DOI 41586-022-05393-7。
據介紹,任希鋒前期與南京大學等單位合作,将超構表面引入到量子信息領域,集成超構透鏡陣列與非線性光學晶體,實現了 100 路徑參量下轉換,制備了超高維量子糾纏态和多光子源。
為了進一步提高量子光源的集成化程度,任希鋒與新加坡國立大學等單位的合作者一起,首次利用新型二維材料 NbOCl2 的非線性過程實現了超薄的量子光源,厚度可低至 46nm。
這種新型 NbOCl2 材料不僅具有常見單層二維材料所特有的高二階非線性系數,更重要的是它的層間電子耦合弱并且空間結構非對稱。這種特性使得它的二階非線性信号強度會随着二維材料的層數的增加而增加,可超過單層二維材料 WS2 倍頻強度兩個數量級以上。
研究人員對多層 NbOCl2 二維材料的自發參量下轉換過程進行了測試,證明該過程産生了非經典關聯的光子對。此外,他們還對參量光信号強度随二維材料厚度的變化關系進行了測量,實驗結果和理論預期完全吻合。
值得注意的是,實驗中證實厚度低至 46 nm 的該材料也能制備量子光源,這是目前國際報道的最薄的非線性量子光源。這項研究不僅為光學量子信息研究提供了一種可集成的量子光源,也為二維材料的非線性研究開辟了一個新的方向。