研究人员正在利用光子学来开发和扩展硬件，以满足量子信息技术的严格要求。通过利用光子学的特性，研究人员指出了缩放量子硬件的好处。研究人员表示，如果成功的话，大规模量子硬件将实现远程网络、多个量子设备之间的互连、量子计算和模拟的大规模光子电路。

来自丹麦、德国和英国的一个跨学科研究团队正在专注于利用光子学的最佳方法，并利用其特性开发一个可以扩展量子硬件的平台。为此，该团队开发了一个基于薄膜铌酸锂的集成光子平台，铌酸锂的单晶是光波的重要材料，是低损耗模式的理想调制器。

研究人员将集成光子平台与基于纳米光子波导中的量子点(半导体晶体)的确定性固态单光子源接口。由此产生的光子通过低损耗电路进行处理，据研究人员称，这种电路可以以几千赫兹的速度进行编程。研究人员指出，快速可重新编程的低损耗光电路是执行光子量子信息处理任务的关键。

高速平台为研究人员实现几个关键的光子信息处理功能铺平了道路。研究人员在实验中观察到的第一个处理功能是芯片上的量子干涉。研究人员使用了Hong-OuMandel (HOM)效应，即当观察到双光子干涉时， 芯片采购平台才会产生效应。图1显示了进行的片上HOM实验，该实验测试了光子量子信息处理平台的性能。

该团队展示的另一个处理功能是集成的单光子路由器，这是光子信息处理的关键。研究人员展示了一种用于量子点发射光子的全片光子路由器。为了实现这一目标，他们利用该平台的能力，将快速移相器与量子发射器波长集成在一起，展示了集成的单光子路由器。

该团队还实现了一个通用的四模干涉仪，由6个Mach-Zehnder干涉仪和10个相位调制器组成，如图2所示。可编程多模量子干涉仪对于实现光子量子技术的基本功能至关重要。研究人员还表示，他们的干涉仪能够实现量子计算优势实验或模拟量子模拟的电路。

在《Science Advances》发表的一篇研究论文中，研究人员详细介绍了他们基于薄膜铌酸锂的高速集成光子平台的开发。这篇论文的题目是“High-speed thin-film lithium niobate quantum processor driven by a solid-state quantum emitter”。文章作者认为具有固态确定性光子源的集成光子学是多相扩展量子技术的一个有前途的选择。展望未来，该平台可以进一步优化，以减少耦合和传播损失。容错量子计算架构(每光子损耗水平小于10%)离现实更近了一步。

原文链接：

https://www.hpcwire.com/2023/06/03/researchers-develop-integrated-photonic-platform-based-on-thin-film-lithium-niobate/

审核编辑：刘清

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