中国科大揭示集成光量子器件中单光子阻塞新原理

  中国科学技术大学郭光灿院士团队的邹长铃教授研究组，提出了在单个光学模式中，利用极弱的光学非线性实现光子阻塞的新原理和新方案，并分析了其在集成光学芯片上实现的实验可行性。相关成果日前发表于《物理评论快报》。

  邹长铃课题组近年来致力于集成光子芯片量子器件研究。在集成芯片上，非线性光学效应能够通过微纳光学结构得到极大的增强。

  最近，国际上集成非线性光子学的实验研究突飞猛进，以铌酸锂、磷化铟镓等材料为代表的平台已经将光学模式的单光子非简谐度提升到了1%量级，提供了一种在室温下实现弱光量子效应的新途径。但是，这些研究方案所需结构复杂，基于现有实验条件很难实现。此外，单模腔中动力学阻塞的效果较差且物理机制尚不清楚。

  针对以上难题，邹长铃研究组引入光子的频率自由度，提出在单个光学模式中利用两束连续激光控制其动力学演化。通过利用非线性腔对不同频率驱动的非均匀相应，在特定时间精准调控不同光子数态的布居数分布，高保真度地产生亚泊松量子统计光场。基于已报道的集成铌酸锂芯片的实验参数，研究者证明了该方案的实验可行性。

  审稿人一致认为，该研究引入了全新的物理机制，揭示了动力学光子阻塞的物理本质。在已报道的相关研究中是最简单的且消耗了最少的资源。

  相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.043601