来自集成独立分子的无法区分的单光子在芯片上的量子干涉现象

《Nature Nanotechnology》：On-chip quantum interference of indistinguishable single photons from integrated independent molecules

分子量子光子芯片上实现单光子干涉，通过有机纳米片与波导无纳米加工集成，利用斯塔克调谐使100个分子频率一致，干涉可见度超97%，并观测到超过100微秒的量子节拍，为可扩展量子处理器和波导量子电动力学研究提供新平台。

　　

摘要

在芯片上集成无法区分的单光子通道是实现可扩展光量子信息处理的先决条件。这需要独立的固态单光子发射器展现出相同的、受寿命限制的跃迁特性。由于纳米制造工艺在材料表面产生的复杂电荷噪声，这一挑战性任务通常会进一步加剧。在这里，我们开发了一种分子量子光子芯片，并展示了来自独立分子的无法区分的单光子在芯片上的Hong–Ou–Mandel量子干涉现象。这些分子被嵌入到单晶有机纳米片中，并与单模波导集成，无需进行纳米制造工艺，从而确保了稳定的、受寿命限制的跃迁。通过Stark调谐技术，我们展示了如何将100个与波导耦合的分子调谐到相同的频率，并实现了两个分别耦合到两个波导上的分子之间的Hong–Ou–Mandel干涉可见度超过0.97。对于两个频率有控制的分子，我们观察到了持续超过100微秒的量子干涉现象，证明了这些单光子具有优异的单光子纯度（粒子特性）和长相干性（波动特性）。我们的结果展示了一种构建可扩展的光学通用量子处理器的可行策略，并为研究通过光子电路连接的相同单光子发射器的波导量子电动力学提供了一个有前景的平台。