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【科技资讯】中国研发出全球首个波导光子芯片

据近日美国《物理评论快报》网站报道,上海交通大学金贤敏团队首次在光芯片内制备出了可携带光子OAM自由度的光波导,实现了光子OAM在波导内高效、高保真地传输。正是基于这个技术,全球首个轨道角动量波导光子芯片在中国诞生。

全球首个轨道角动量波导光子芯片)

在量子信息等领域,光子OAM可用于分发高维量子态以及构建高维量子计算机。近年来,由于扭曲光(twisted light)具有甜甜圈分布的强度结构、螺旋型波阵面的位相结构、携带OAM的动态特性,被广泛用于光操纵、光钳等领域。不同于光的自旋角动量,OAM拥有无限的拓扑荷和内在正交性,可用于解决通信系统信道容量紧缩的问题。但大规模应用OAM需要将其传输、产生及操纵一体化,而此前的研究均无法让OAM存在于芯片内部。

在最新研究中,金贤敏团队通过飞秒激光直写技术,制备了首个波导横截面为甜甜圈型的三维集成OAM波导光子芯片。通过测量从芯片出来的扭曲光与参考光的干涉,以及对芯片前后的态进行投影测量,实验证实,此波导可高效高保真地传输低阶OAM模式,传输总效率达60%;且该波导会将高阶模式转化为低阶模式。此外,该波导也可高保真地传输三比特的高维量子比特(qutrit)态,超越传统两比特的量子比特(qubit)态,表明此波导有潜力用于高维量子态的传输与操控。

说起量子领域,我们都知道中国在量子通信领域的能力。作为世界上首个将量子通信卫星送上太空,并成功进行首通量子加密通话的国家,金贤敏教授就表示,这款芯片将首先应用于高通量光通信领域;可英国的一个教授却并不这样认为。据英国圣安德鲁斯大学光操控专家基山·多拉基亚表示,中国制造出的这款新芯片,有望在量子光学和成像等领域开辟出新的天地。通过英国专家这番话语,我们也能发现这款芯片将极大地提升我国的实力。

在上个月举行的珠海航展上,我国的量子雷达首次现出真身。作为一款由中电科14所重点研制的雷达,我们光看其制造者,就足够使我们对这款雷达充满期待。作为雷达领域的领军人员,中电科14所早在2016年就已经研制出基于单光子检测的量子雷达系统。

按照英国专家的话,此次金贤敏教授团队研制出的光子芯片,也将助力我国在量子成像上的进步。由于量子接收系统的噪声基底极低,其接收系统具有极高的灵敏,再忽略掉工作频段、杂波和动态范围等因素,量子雷达的作用距离相比传统雷达,可以大幅提升数倍甚至数十倍。也就是说量子雷达对于微弱目标也能进行有效的识别,还具备了对隐身目标的探测能力。

目前金贤敏团队已经为这款波导芯片,向国家知识产权局申请了发明专利。

现在中国在量子技术领域可以说跑在世界前列,不少外国学者坦承:中国已经成为量子技术领域一匹难以超越的黑马’”。不论是墨子号还是洲际量子通信,都令西方叹服,因此美国一位议员就表示,美国需要像对待千年虫危机那样对待量子问题,即使为此花费数十亿美元、甚至是十年时间来准备,我们也要成为这一方面的领导者。

(资讯来源:科技日报)


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