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发布时间：
2023-04-16
近日，济南量子技术研究院张强教授、谢秀平高工、刘洋研究员、郑名扬副研究员团队与中国科学技术大学潘建伟院士团队合作，基于绝缘体上铌酸锂（lithium niobate on insulator，LNOI）纳米光学平台，成功实现低噪声的量子频率转换过程。相关研究成果发表在著名期刊《npj quantum information》上，论文第一作者为中国科学技术大学和济南量子技术研究院联合培养博士王喜娜。
铌酸锂是一种综合性能优异的传统铁电材料，具有电光、非线性、压电、声光、光折变、热电等多种效应。近年来，这种已面世半个世纪之久的传统材料正在薄膜集成光子学领域迎来一场革命。基于LNOI平台的系列量子光学器件都展示出前所未有的性能。量子频率转换在实现频率转换的过程中保持量子态不变，在量子信息领域发挥着重要作用，例如单光子探测、远距离量子存储器接口、不同量子系统间的接口、颜色无关的频率转换等。
图1 量子频率转换芯片及上转换单光子探测系统示意图
研究团队在LNOI平台上实现了低噪声（约900cps）的量子频率转换过程，内部转换效率约73%，芯片归一化转换效率达到(2837±97)%/(W∙㎝²)。这一过程采用长波泵浦技术实现通信波段光子与近可见光波段光子的波长转换。此外，研究人员采用预报单光子源验证了在频率转换过程中，量子统计特性保持不变。作为量子集成光路的重要单元结构，该低噪声量子频率转换器为基于LNOI平台的集成化量子光学芯片提供了重要支持。
另外，研究人员基于该频率转换芯片搭建了上转换单光子探测系统，实现了约8.7%的探测效率及约300cps的暗计数，这向实现LNOI片上频率转换单光子探测迈出坚实一步。
该研究得到山东省重点研发计划项目、山东省自然科学基金项目、山东省泰山学者工程和济南市泉城产业领军人才计划项目资助，得到济南市、济南高新区支持。