基于片上单光子探测器的可重构光子

       光量子技术对于实现量子通信、量子计算和量子模拟的前景至关重要。这些应用需要系统复杂性的飞跃，只有通过大规模光子集成电路(PICs)提供的小型化和稳定性才能实现。

       一个量子光子集成电路是由单光子源、量子存储器、可重构光子电路和探测器等一组构件组成的。可重构光子电路不仅提供了其他构件之间的连接，而且使量子态制备和量子逻辑所需的线性光学操作得以实现。特别是，将可重构光子与探测器相结合是单光子片上检测的核心，并使反馈和自适应控制成为可能。反馈对于基于确定性隐形传态的量子通信和计算协议，对于任意线性光学的自配置，以及对于功率、相位和偏振的监视和稳定都是必不可少的。在所提出的协议和实验装置中，处理这些功能的元件通常超过其他设备，因此它们的片上集成是对经典光学和量子光学的提升的一个中心挑战，往往被忽视。这需要具有低光损耗、小足迹和低温兼容性低功耗的可重构元件。传统的基于热光、载流子色散和电光χ（2）效应的PIC重构分别具有高功耗、高光损耗和大足迹。一种很有前途的低温兼容性重构方法是微机电(MEMS)驱动，它结合了低功耗、低光损耗和占用面积小的优点。然而，到目前为止，还没有证据证明可重构光子学在同一量子PIC中与单光子探测器的兼容性。

       近日，来自瑞典皇家理工学院应用物理系的Samuel Gyger等人将MEMS光子集成电路重构与超导单光子检测集成在同一芯片上，展示了量子光学实验的三个关键组成部分。他们展示了经典光和单光子的可重构路由，光学激发功率和单光子的高动态范围检测，以及使用反馈回路的光学激发功率稳定。相关工作发表在《Nature communications》上。（郑江坡）

      文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-21624-3