在硅芯片边缘产生原始量子光源

他们把光注入到一个包含一小片硅回路的芯片中。在显微镜下，这些环看起来像链接起来的玻璃跑道。光在每个环上循环数千次，然后移动到相邻的环路上。光的路径伸展到几厘米长，但是环路使得在距离小约500倍的空间里旅行成为可能。需要较长的旅程才能从硅芯片中获得许多成对的单光子。

这种环形阵列通常用作单光子源，但是芯片之间的微小差异将导致光子颜色因器件而异。即使在单个器件内，材料中的随机缺陷也可以降低平均光子质量。这是量子信息应用中的一个问题，研究者需要光子尽可能接近相同。

该研究小组通过安排环路的方式避免了这个问题，这种方式总是可以实现光不受干扰地绕着芯片边缘传播，即使存在制造缺陷。这种设计不仅屏蔽了光的中断，而且限制了单光子在这些边缘通道中的形成。环形布局实质上迫使每个光子对与下一个光子对几乎相同，而不管环之间的微观差异。芯片的中心部分不包含受保护的路径，因此在这些区域中产生的任何光子都受到材料缺陷的影响。

研究人员将他们的芯片与没有任何保护路线的芯片进行了比较。他们从不同的芯片中收集成对的光子，计算出发射的数量并记录它们的颜色。他们观察到，他们的量子光源一次又一次地可靠地产生高质量的单色光子，而传统芯片的输出更不可预测。

联合量子研究所的博士后研究员、新研究的主要作者Sunil Mittal说：“我们最初认为我们需要在设计上更加小心，并且光子对我们的芯片的制造过程更加敏感。但是，令人惊讶的是，不管芯片有多糟糕，在这些被屏蔽的边缘通道中产生的光子总是几乎相同的。”

Mittal补充说，这个装置比其他单光子源有一个额外的优势。“我们的芯片在室温下工作。我不必像其他量子光源那样把它冷却到低温，这样实现起来就比较简单了。”

研究小组说，这一发现可能开辟一条新的研究途径，将量子光与具有内置保护特性的光子器件结合起来。物理学家最近才意识到，这种新型的屏蔽路径从根本上改变了光子与物质相互作用的方式。这可能对光和物质相互作用起作用的各种领域有影响，包括量子信息科学和光电子技术。

原文来源：https://phys.org/news/2018-09-pristine-quantum-source-edge-silicon.html