基于氢化非晶硅波导的芯片式简并关联光子对源

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11504262
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2205.光量子物理和量子光学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The degenerate correlated photon pairs is a vital resource in realizing quantum computing. In recent years, the basic component of quantum computing such as C-NOT logic gate which relays on the degenerate photon pairs has developed for miniaturization and large-scale integration. The on-chip source of degenerate correlated photon pairs is therefore become an active research focus. The traditional methods based on the parametric down-conversion (PDC) in nonlinear crystals and four wave mixing (FWM) in optical fibers are effective ways to generate the degenerate photon pairs. However, due to the poor compatibility and scalability, these sources are not suitable for the application in quantum photonic integration. The photon pairs source based on silicon on insulator (SOI) waveguide is considered as a promising candidate for large-scale integration system. In the demonstrated experiments, however, the crystalline silicon was used to generate the correlated photon pairs, which suffers from the two photon absorption and free carries absorption, resulting in low photon pair generation rates. Besides, pumped by the modulated continuous wave also requires high power intensity and affects the creation time of photons that is harmful for Hong-Ou-Mandel interference. In this project, the hydrogenated amorphous-silicon (a-Si:H) waveguide was used for generating the degenerate photon pairs through the process of FWM, which is benificial to eliminate effects of two photon absorption. In addition, the ultrashort femtosecond pulsed laser is also employed as the pump source to improve the peak power as well as determine the creation time of photon pairs. Meanwhile, the Sagnac loop is utilized to splitting the degenerate twin photons into different spatial modes. The aim of this project is developing an on-chip integrated quantum source based on the a-Si:H waveguide, which can produce the degenerate correlated photon pairs on telecommunication band with high brightness and purity.
简并关联光子对是实现量子计算的重要资源。近年来,量子计算的基本单元C-NOT门也向微型化、大规模集成化发展,因此研制芯片式简并关联光子对源成为当今的研究热点。基于晶体的参量下转换和基于光纤的四波混频是制备简并光子对的有效方法,但这两种光源的兼容性和扩展性较差,不适于在集成光学中的应用。基于硅基光波导的简并光子对源具有芯片化和可大规模集成的应用前景。目前硅基光波导制备简并光子对易受双光子吸收效应的影响,产生效率低;泵浦光源均采用连续光,功率要求高,光子对产生时间不确定,不利于在Hong-Ou-Mandel干涉中的应用。本项目利用氢化非晶硅光波导中的四波混频制备简并光子对,可降低双光子吸收的影响;采用超短脉冲作为泵浦,既提高泵浦的峰值功率又可确定光子对的产生时间;利用Sagnac环实现光子对的空间分离。项目的目标是研制一套基于氢化非晶硅波导产生通讯波段高质量简并光子对的可集成化量子光源。

结项摘要

近年来,随着大规模集成光量子技术的发展,简并光子对源不仅需要有良好的兼容性和扩展性,而且还需要易于集成到芯片上。氢化非晶硅光波导是一种可实现大规模集成光路的三阶非线性介质,具有尺寸小、非线性系数高、传输损耗低等优点,是既适合于集成化加工又能制备高质量频率简并光子对的理想材料。本项目中首先采用氢化非晶硅制作的纳米波导线作为产生四波混频的非线性介质,波导的非线性系数可达1320 /(w•m),传输损耗为3.5 dB/cm,可增加光子对源的亮度和提高光子对的传输效率。实验中利用双端口Sagnac环作为产生和分离简并关联光子对的实验装置,Sagnac环由50/50分束器、1 cm非氢化硅基光波导和光纤偏振控制器组成,其中单模光纤与氢化非晶硅光波导之间的焊接损耗为3 dB。82 MHz的光纤锁模脉冲激光器的输出光经过双光栅滤波器分光色散,分别获取中心波长为分别为1539.37 nm和1552.12 nm的双泵浦脉冲光,获取中心波长为1545.72 nm的简并关联光子对。双脉冲光经过Sagnac环中的50/50分束器后,等功率的分为顺时针传输和逆时针传输的两组脉冲光,并分别产生顺时针传输和逆时针传输的简并光子对,对向传播光子对在50/50分束器处发生量子干涉,获取空间模式分离的简并光子对。实验中,通过调整入射泵浦光的偏振态以保证输出光子对为偏振纯态,从而实现对向传播光子对的偏振模式匹配与完全的量子干涉。经过单光子计数系统对于简并光子对的探测,空间模式分离的光子对的符合计数率与随机符合计数率的比值可达20:1, Hong-Ou-Mandel量子干涉的可见度为91±2%,达到在量子信息处理中使用的要求。本项目的研究成果不仅能为量子信息技术提供一种高质量的简并关联光子对源,同时也为量子信息技术应用向芯片化、大规模集成化方向发展提供技术支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Generation of multi-mode squeezed vacuum using pulse pumped fiber optical parametric amplifiers
使用脉冲泵浦光纤参量放大器产生多模压缩真空
  • DOI:
    10.1364/oe.24.002125
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Nannan Liu;Yuhong Liu;Jiamin Li;Lei Yang
  • 通讯作者:
    Lei Yang
Sagnac光纤环制备并分离简并关联光子对的实验研究
  • DOI:
    10.7498/aps.65.194202
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨磊;刘楠楠;李小英
  • 通讯作者:
    李小英
Approaching single temporal mode operation in twin beams generated by pulse pumped high gain spontaneous four wave mixing
在脉冲泵浦高增益自发四波混频产生的双光束中接近单时间模式操作
  • DOI:
    10.1364/oe.24.001096
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Nannan Liu;Yuhong Liu;Xueshi Guo;Lei Yang
  • 通讯作者:
    Lei Yang
Quantum interference between heralded single photon state and coherent state
预示着单光子态和相干态之间的量子干涉
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/7/074206
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Lei Yang;Xiaoxin Ma;Xiaoying Li
  • 通讯作者:
    Xiaoying Li

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  • 发表时间:
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  • 作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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