Parametric down-conversion photon-pair source on a nanophotonic chip.
Parametric down-conversion photon-pair source on a nanophotonic chip.
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DOI：
10.1038/lsa.2016.249
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发表时间：
2017-05
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Tang HX
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Guo X;Zou CL;Schuck C;Jung H;Cheng R;Tang HX
量子光子芯片集成了量子光源、有源和无源光学元件以及单光子探测器，在光子量子信息处理和量子技术方面显示出巨大的潜力。成熟的半导体纳米制造工艺允许将这样的光子集成电路缩放到复杂性增加的片上网络。二阶非线性材料是在绝大多数使用体元件的线性光学实验中产生光子量子态的首选方法，但在纳米光子芯片上集成波导电路被证明是具有挑战性的。在这里，我们展示了这样的片上参数下转换源的光子对的基础上的二阶非线性氮化铝微谐振器。通过测量具有接近理想状态纯度的预示单光子的高可见度反聚束，我们展示了我们的量子信息处理源的潜力。我们的下转换源产生80 Hz的测量符合率，这意味着MHz的相关光子对的产生率。低噪声性能通过测量高的重合与偶然比率来证明。产生的光子对在光谱上远离泵浦场，为实现足够的片上滤波和量子光源、波导电路和单光子探测器的单片集成提供了巨大的潜力。
Quantum-photonic chips, which integrate quantum light sources alongside active and passive optical elements, as well as single-photon detectors, show great potential for photonic quantum information processing and quantum technology. Mature semiconductor nanofabrication processes allow for scaling such photonic integrated circuits to on-chip networks of increasing complexity. Second-order nonlinear materials are the method of choice for generating photonic quantum states in the overwhelming majority of linear optic experiments using bulk components, but integration with waveguide circuitry on a nanophotonic chip proved to be challenging. Here, we demonstrate such an on-chip parametric down-conversion source of photon pairs based on second-order nonlinearity in an aluminum-nitride microring resonator. We show the potential of our source for quantum information processing by measuring the high visibility anti-bunching of heralded single photons with nearly ideal state purity. Our down-conversion source yields measured coincidence rates of 80 Hz, which implies MHz generation rates of correlated photon pairs. Low noise performance is demonstrated by measuring high coincidence-to-accidental ratios. The generated photon pairs are spectrally far separated from the pump field, providing great potential for realizing sufficient on-chip filtering and monolithic integration of quantum light sources, waveguide circuits and single-photon detectors.
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