0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

光电量子器件研究进展综述

MEMS 来源:红外与激光工程期刊 2024-03-04 11:02 次阅读

导读

量子信息科学开启了超越经典物理极限的契机,从而产生了量子计算、量子通信与量子精密测量等前沿威廉希尔官方网站 领域。其中,量子计算威廉希尔官方网站 可以使计算机的运算速度相较于经典计算机呈指数级加速,量子通信威廉希尔官方网站 保证了通信的高度甚至绝对安全,而量子精密测量威廉希尔官方网站 可以极大地优化许多器件或设备的灵敏度与分辨率。这些潜在的先进特征将推动量子信息威廉希尔官方网站 在各个领域的创新发展,而发展的大方向是将量子计算、量子通信和量子精密测量等系统连成一体,即构建量子信息系统和量子网络,使量子科技在下一代信息威廉希尔官方网站 领域占据主导地位。

要实现实用化的量子信息系统和量子网络,首先必须开发高性能的基础器件。在各种类型的量子器件中,光电器件在量子信息威廉希尔官方网站 发展中发挥着关键和核心作用。先进的微电子光学光电子平台能够制造大多数量子信息处理系统的基础器件。光电威廉希尔官方网站 无疑在过去的十数年为量子科技的发展提供了有力的支撑,将来还有可能在量子信息领域构建完整的产品链。

研究背景

目前,相当多的光电材料如非线性光学晶体、半导体、量子点、光子晶体、金刚石、二维材料、钙钛矿、超材料等,已被用于各种量子器件,如量子计算逻辑门、量子光源、单光子探测器、量子存储器、量子信道、量子传感器等的设计和制备。作者团队也正是以各种光电材料为平台,在量子器件领域进行了一系列探索、研究和开发。毫无疑问,量子信息科技的实用化仍然有赖于各类量子器件的进 一步发展,例如需要大幅改善光电过程的相干性、增强量子芯片的鲁棒性、提高量子信息网络的可扩展性等。为了更好地面对新的挑战,文章综述了作者团队以往的工作,总结研究经验,积累威廉希尔官方网站 储备。

主要内容

单光子源是量子通信中的基本器件,并且在量子测量和量子计算中也有很好的应用。在这个方向上,文章综述了作者团队在量子点单光子源、宣布式单光子源和量子随机数发生器等方面的研究工作。包括由亚微米尺度的InP、空气隙和InGaAsP材料组成的纳米柱腔单光子源(如图1所示),通过结合空气隙和渐变DBR结构,在1.55 μm波段实现104-105的高品质因子和GHz级比特率的高全同单光子产生,从而证明该纳米腔具有作为光纤量子通信用高效量子点单光子源的潜力。

2da24476-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.png

图1 (a) InGaAsP/InP-airgap纳米柱腔的三维视图;(b)计算得到的不同条件下的光学模式谱与光学能带结构

量子纠缠光源是量子信息系统中的核心关键器件,作者团队近年针对量子纠缠光源的性能优化、集成化以及应用等进行了多方面的研究。包括基于级联二阶非线性过程的量子纠缠光源等,如图2所示,在单块周期极化铌酸锂(PPLN)波导中通过二次谐波产生与自发参量下转换产生通信波段纠缠光子,同时制备了能量-时间、频率片、时间片等多个自由度的纠缠光子,这一优化方案为量子信息处理提供了一种多自由度高性能的纠缠光子源,可以应对不同应用场景。

2db425a6-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.png

图2 实现不同自由度纠缠的实验装置 (a) 关联光子对产生光路;(b) 关联光子对表征光路;(c) 能量-时间和时间片纠缠光子对表征光路;(d) 能量-时间纠缠光子对的相干操纵光路;(e) 频率片纠缠光子对的产生和表征光路

单光子探测器作为量子计算的读出机构、量子通信的信号接收器和量子精密测量的光子分析设备,在量子信息处理领域不可或缺。文章重点综述了作者团队对单元/焦平面雪崩单光子探测器和负反馈雪崩单光子探测器的研究工作,并介绍了单光子探测器在光纤传感系统中的相关应用研究。包括通过优化单光子雪崩探测器(SPAD)读出电路(ROIC)设计,提出的一种高速光子计数方法,如图3所示。该读出电路采用主动淬灭和复位集成电路(AQR-IC)驱动InGaAs-SPAD,雪崩电压信号发送到FPGA系统以计算计数率,死时间也由FPGA调整,提高了雪崩单光子探测的灵活性。

2db81652-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.png

图3 SPAD高速读出电路的 (a) AQR-IC芯片;(b) PCB光子计数系统

量子器件是一个广阔的研究领域,除了上述器件外,文章还综述了作者团队在量子存储器、光机械量子器件和纳米光机电系统(NEMS)等方面进行的研究和探索。包括基于掺铒光纤的固态量子存储器,使用原子频率梳量子存储协议,实现了光通信波段光子的高带宽和多路量子存储,如图4所示,为基于多路复用和宽带固态量子存储器的量子网络的实现奠定了威廉希尔官方网站 基础。

2dbcc6e8-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.png

图4 量子存储器实验装置

结论

为了在未来实现量子信息威廉希尔官方网站 的大规模应用,作者团队近年来研究探索了多种光电量子器件。作为光纤量子通信系统信号光源的解决方案,设计了几种微纳柱型腔-量子点单光子源;运用光谱复用威廉希尔官方网站 ,实现了高纯度、高产率的宣布式单光子源;基于商用GaN材料缺陷的单光子特性,构建了室温工作的量子随机数发生器。在PPLN单波导中应用级联二阶非线性光学过程,开发了一种量子纠缠光源,保真度为97%,噪声抑制水平提高近10倍;微纳加工制备Si3N4微环腔结构,实现了可见度超过99%的芯片集成式量子纠缠光源。发展雪崩半导体器件工程威廉希尔官方网站 ,优化读出电路设计,研制了128×32及以上规模的SPAD焦平面组件,并用于量子探测实验。制备低温下可同时存储1650个单光子的光纤量子存储器;探索研究了有望用于量子探测/传感的光机械器件设计和NEMS器件制备方法。作者团队面向各类量子光电器件的研究成果,是迈向量子科技实用化的一步,为未来构建量子信息网络提供了威廉希尔官方网站 支撑。



审核编辑:刘清
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 传感器
    +关注

    关注

    2550

    文章

    51042

    浏览量

    753105
  • 存储器
    +关注

    关注

    38

    文章

    7484

    浏览量

    163769
  • 光电器件
    +关注

    关注

    1

    文章

    178

    浏览量

    18507
  • 量子通信
    +关注

    关注

    3

    文章

    293

    浏览量

    24204
  • 量子计算
    +关注

    关注

    4

    文章

    1097

    浏览量

    34941

原文标题:综述:光电量子器件研究进展

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    半导体研究所在量子点异质外延威廉希尔官方网站 上取得重大突破

    材料的制备和以其为基础的新型信息器件是信息科技前沿研究的热点。 近期,在中国科学院半导体研究所王占国院士的指导下,刘峰奇研究员团队等在量子
    的头像 发表于 11-13 09:31 235次阅读
    半导体<b class='flag-5'>研究</b>所在<b class='flag-5'>量子</b>点异质外延威廉希尔官方网站
上取得重大突破

    AI大模型的最新研究进展

    AI大模型的最新研究进展体现在多个方面,以下是对其最新进展的介绍: 一、威廉希尔官方网站 创新与突破 生成式AI威廉希尔官方网站 的爆发 : 生成式AI威廉希尔官方网站 正在迅速发展,其强大的生成能力使得AI大模型在多个领域得到广泛应用
    的头像 发表于 10-23 15:19 413次阅读

    半导体量子点材料制备取得重要进展

    信息器件是信息科技前沿研究的热点。 近期,在中国科学院半导体研究所王占国院士的指导下,刘峰奇研究员团队等在量子点异质外延的
    的头像 发表于 06-16 17:23 1.1w次阅读
    半导体<b class='flag-5'>量子</b>点材料制备取得重要<b class='flag-5'>进展</b>

    半导体所量子点异质外延研究取得重要进展

    来源:中国科学院半导体研究所 半导体量子点(Quantum Dot,QD)以其显著的量子限制效应和可调的能级结构,成为构筑新一代信息器件的重要材料,在高性能
    的头像 发表于 06-14 16:04 432次阅读
    半导体所<b class='flag-5'>量子</b>点异质外延<b class='flag-5'>研究</b>取得重要<b class='flag-5'>进展</b>

    量子效率测试:Micro-LED量子效率的研究进展

    光电转化效率是评价LED等电致发光器件性能的重要参数。电能输入到LED。热量积聚会导致管芯温度的升高,从而直接影响管芯的稳定性及寿命。Micro-LED光电转化效率可以用量子效率来表示
    的头像 发表于 05-29 10:52 625次阅读
    <b class='flag-5'>量子</b>效率测试:Micro-LED<b class='flag-5'>量子</b>效率的<b class='flag-5'>研究进展</b>

    量子计算+光伏!本源研究成果入选2023年度“中国地理科学十大研究进展

    近日中国地理学会公布了2023年度“中国地理科学十大研究进展”本源量子参与的“量子地理计算威廉希尔官方网站 、软件及应用”研究成果获选系量子计算领域唯一入
    的头像 发表于 05-10 08:22 501次阅读
    <b class='flag-5'>量子</b>计算+光伏!本源<b class='flag-5'>研究</b>成果入选2023年度“中国地理科学十大<b class='flag-5'>研究进展</b>”

    硅基锗PIN光电探测器的研究进展综述

    硅基光电探测器是硅基光电子中的关键器件,其功能是将光信号转换为易于存储和处理的电信号。
    的头像 发表于 04-25 09:12 2077次阅读
    硅基锗PIN<b class='flag-5'>光电</b>探测器的<b class='flag-5'>研究进展</b><b class='flag-5'>综述</b>

    锑化物超晶格红外探测器研究进展与发展趋势综述

    锑化物超晶格红外探测器具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,其探测波长灵活可调,可以覆盖短波至甚长波整个红外谱段,是实现高均匀大面阵、长波、甚长波及双色红外探测器的优选威廉希尔官方网站 ,得到了国内外相关研究机构的关注和重视,近年来取得了突破性的
    的头像 发表于 04-19 09:13 1126次阅读
    锑化物超晶格红外探测器<b class='flag-5'>研究进展</b>与发展趋势<b class='flag-5'>综述</b>

    基于压电效应的光电子集成威廉希尔官方网站 研究进展综述

    压电效应是一种实现电能与机械能之间相互转换的重要物理现象。随着集成光电子威廉希尔官方网站 和压电薄膜材料制备威廉希尔官方网站 的日益成熟,压电效应在光电子集成芯片领域引起广泛的研究
    的头像 发表于 04-17 09:10 990次阅读
    基于压电效应的<b class='flag-5'>光电</b>子集成威廉希尔官方网站
<b class='flag-5'>研究进展</b><b class='flag-5'>综述</b>

    用于先进电生理记录的有源微纳协同生物电子器件研究进展综述

    开发精确灵敏的电生理记录平台对心脏病学和神经科学领域的研究至关重要。近年来,有源微纳生物电子器件取得了重大进展,从而促进了电生理学的研究
    的头像 发表于 04-16 10:55 703次阅读
    用于先进电生理记录的有源微纳协同生物电子<b class='flag-5'>器件</b><b class='flag-5'>研究进展</b><b class='flag-5'>综述</b>

    综述:高性能锑化物中红外半导体激光器研究进展

    据麦姆斯咨询报道,近期,由中国科学院半导体研究所和中国科学院大学组成的科研团队受邀在《激光威廉希尔官方网站 》期刊上发表了以“高性能锑化物中红外半导体激光器研究进展”为主题的文章。该文章第一作者为曹钧天,通讯作者为杨成奥和牛智川研究员。
    的头像 发表于 04-13 12:08 1964次阅读
    <b class='flag-5'>综述</b>:高性能锑化物中红外半导体激光器<b class='flag-5'>研究进展</b>

    量子

    可以模拟原子和分子之间的相互作用,帮助科学家设计新材料、药物,甚至加速新材料的发现过程。这将有助于推动科学研究进展,加快新威廉希尔官方网站 的开发。 总的来说,量子计算机的梦想是通过利用量子力学的
    发表于 03-13 18:18

    面向片上传感量子级联激光器的研究进展综述

    作为一种新型半导体激光器,量子级联激光器因其独特的子带间跃迁机制,具有高速响应、高非线性、输出波长大范围可调等特点。
    的头像 发表于 03-07 09:52 1223次阅读
    面向片上传感<b class='flag-5'>量子</b>级联激光器的<b class='flag-5'>研究进展</b><b class='flag-5'>综述</b>

    什么是光电量子计算芯片?

    什么是光电量子计算芯片? 光电量子计算芯片,也被称为光子量子计算芯片,是一种新型的计算芯片,利用光子来存储和处理信息。它的核心原理是基于光子的量子叠加性和
    的头像 发表于 01-09 14:42 918次阅读

    百度和阿里量子实验室捐赠及研究进展

    百度早在2018年便宣布创建量子计算研究所,专门致力于研发量子计算软件以及相关信息威廉希尔官方网站 应用。悉尼科技大学量子软件和信息中心创始人和负责人段润尧教授任职所长,并向百度公司总裁张亚勤直接负
    的头像 发表于 01-03 14:29 966次阅读