产生具有非线性超表面的纠缠光子

　　图解一个产生光子对的超表面（显示为球体）。光子纠缠可以通过改变泵浦光来改变（红色所示）。资料来源：安德烈科马尔和马修帕里。
　　量子纳米光子学是一个活跃的研究领域，其应用范围从量子计算到成像和通信。这促使科学家和工程师开发可以集成到纳米级光子电路中的纠缠光子源。纳米尺度器件的实际应用需要高的光子对产生速率、室温操作以及以定向方式在电信波长发射的纠缠光子。
　　最常见的制造纠缠光子的方法是自发参量下转换（SPDC）过程，这涉及到一个光子被分裂成两个较低频率的纠缠光子，称为信号和空闲光子。传统的SPDC方法依赖于长度可达几厘米的体积庞大的器件，对光子电路集成来说不是最佳选择。相反，在纳米尺度上，SPDC过程的效率受到谐振器体积小的阻碍，并且发射光子的方向性很难控制。
　　介质超表面为增强和调控SPDC光子发射提供了一条有前景的途径。然而，到目前为止，超表面已经使用了相对低质量因子的Mie共振，并相应地具有宽的发射光谱，这限制了光子的光谱亮度。新的研究表明，连续体（BIC）共振中的扩展束缚态使得利用具有非常高质量因子的超表面中的模式成为可能。这反过来意味着共振腔内产生的光子对被提高了许多数量级，光子的波长将有一个非常窄的带宽。这导致了非常高的光谱亮度，这有利于量子网络的应用。
　　由超表面产生的纠缠光子对。（a）由于超表面缺乏90o旋转对称性，且两个BICs色散相反，横向相位匹配为双曲抛物面。（b）光子对的角分布由横向相位匹配条件决定，如图白色虚线所示。（c）通过改变泵浦偏振，可以将偏振纠缠从无（施密特数为1）调谐到全（施密特数为2）。资料来源：Parry等人，doi：10。11171。AP。3。5。055001。
　　据《先进光子学》杂志报道，一个来自澳大利亚国立大学的国际研究团队（MatthewParry，DragomirN。Neshev和AndreyA。Sukhorukov），米兰理工大学（AndreaMazzanti和GiuseppeDellaValle）和圣彼得堡ITMO大学（AlexanderPoddubny）最近证明了非线性超表面非简并光子对的增强生成。在一系列综合模拟中，他们对SPDC中的信号和idle光子使用了波长略有不同的独立bic，这使他们能够将纠缠光子的亮度提高五个数量级，比非线性材料的无图案薄膜的亮度高。他们把这种增强很大程度上归因于双曲横向相位匹配的新现象，这种新现象有助于在广泛的光子动量范围内有效地产生光子。
　　他们提出的方法不仅能够产生量子纠缠的光子对，而且通过简单地改变泵浦激光器的线性偏振，就有可能将光子的偏振纠缠从完全调到零。这是一种易于实现的控制缠结的方法，满足了未来应用的要求。该平台还可以高度配置信号和空闲光子的波长，以及使用的BICs，这打开了工程光子发射方向的潜力。
　　这些研究人员的工作得到了澳大利亚研究委员会（AustralianResearchCouncil）和欧洲委员会（EuropeanCommission）的地平线2020（Horizon2020）计划的支持，他们表示，他们的进展是向日常应用的微型化量子器件迈出的重要一步。