我國學者實現電泵浦片上集成高亮度糾纏量子光源

圖 電泵浦偏振糾纏光子源封裝示意圖及TFLN光子芯片

　　在國家自然科學基金項目（批準號：T2125010, 62204238）等資助下，中國科學技術大學潘建偉教授、張強教授及其合作者，通過混合集成分布式反饋激光器與薄膜鈮酸鋰光子芯片，成功實現了電泵浦、片上集成的高亮度偏振糾纏源，向集成化量子信息處理邁出重要一步。相關成果以“芯片上的電泵浦超亮糾纏光子（Electrically Pumped Ultrabright Entangled Photons on Chip）”為題，于2025年12月16日發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters），論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/sfj2-dcx1。

　　糾纏量子光源是量子信息科學的核心資源之一，廣泛應用于量子通信、量子計算和量子精密測量等領域。傳統糾纏光子源主要基于塊狀非線性晶體或波導，通常需要外加獨立激光器來實現光泵浦，這極大限制了糾纏源的集成度和可擴展性。相對于光泵浦，電泵浦方案則通過片上直接注入電流實現非線性參量過程，避免了外置激光器的使用，從而提升糾纏源的集成度和擴展性。近年來，盡管集成光子平臺如硅、氮化硅、鈮酸鋰等發展迅速，但同時實現高亮度、高集成度的電泵浦糾纏光子源仍面臨挑戰。

　　研究團隊創新性地采用分布式反饋（DFB）激光器與薄膜鈮酸鋰（TFLN）光子芯片混合集成的方案，利用半導體所牛智川研究員團隊開發的780 nm波段DFB激光器，結合濟南量子技術研究院的集成化雙通道參量下轉換TFLN光子芯片，最終實現了高效的自發參量下轉換以及片上偏振糾纏態制備。其中，TFLN光子芯片集成了多模干涉分束器、雙通道周期性極化鈮酸鋰波導以及偏振旋轉合束器。通過直流或脈沖電信號泵浦，團隊在室溫下實現了超高亮度的偏振糾纏光子對產生，亮度達到4.5×101? Hz/mW，帶寬達到73 nm，該亮度較此前基于氮化硅平臺的電泵浦糾纏源提升了6個數量級，帶寬提升了1個數量級。實驗結果表明，該糾纏源在多個波長信道下均表現出保真度大于96%的貝爾態特性，并具備寬帶復用能力，器件尺寸僅為15 mm×20 mm，展現出優異的集成度。該器件適用于波分復用的光纖網絡量子密鑰分發、基于衛星的星地量子通信，以及基于糾纏的量子精密測量等應用場景。