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7 – 薄膜铌酸锂的量子光子学 Neil Sinclair 1,2 和 Marko Lon č ar 1
2 加州理工学院物理、数学和天文学分部及量子技术联盟 (AQT)，美国加利福尼亚州帕萨迪纳 91125 状态 光子具有许多有利于实现量子技术的特性 [1]：它们存在于环境条件下，通常不受环境噪声的影响，并且在一定程度上可以轻松产生、操纵和检测。由于它们还可以长距离传播而不会造成重大损失，因此单个光子非常适合量子密钥分发，旨在利用量子不确定性来保护远距离各方之间的消息。然而，光子的这些特性也为实现需要单个光子之间确定性相互作用的量子技术带来了挑战，例如用于光子量子信息处理。集成光子学将在实现长距离（例如全球）、中距离（例如城域或房间大小）和短距离（例如芯片间或芯片内）量子网络中发挥关键作用。但是，用于量子技术应用的光子学平台的性能需要比传统应用的要求好得多，并且在某些方面与传统应用的要求有所不同。例如，量子光子学平台需要：（i）超低损耗，以保存脆弱的量子态；（ii）能够精确控制光子的时间和光谱分布；（iii）允许快速、低损耗的光开关路由量子信息；（iv）能够在可见光和电信波长下工作，这两个波长下有许多单光子源和量子存储器工作，并且存在低损耗光纤；（v）具有强非线性，可高效地进行频率上变频和下变频、量子转导和纠缠光子对生成；（vi）允许集成光电探测器和操作电子设备。领先的集成光子平台硅和氮化硅由于缺乏二阶非线性而无法满足这些要求，这限制了它们的功能 [1]。虽然可以通过晶体改性或异质集成来解决这一问题，但仍需观察其中涉及的权衡因素，例如效率和可扩展性。薄膜铌酸锂 (TFLN) 已成为一种有前途的量子光子平台。LN 对光子透明（带隙约为 4 eV），具有强大的电光 (EO) 效应，允许使用微波快速改变光的相位，并且具有较高的二阶光学非线性，可通过铁电畴调制（即周期性极化）进行设计 [2]。重要的是，4 英寸和 6 英寸 TFLN 晶圆最近已实现商业化，这激发了人们对这一令人兴奋的材料平台的兴趣。