麻省理工学院与根特大学Imec附属光子学研究组之间的合作已成功地将2D层状材料中的单光子发射器（SPEs）与氮化硅光子芯片集成在一起。这种方法可以使光子集成电路（PIC）平台的设计不需要在SPE主材料中进行额外的处理，从而朝着可扩展的量子光芯片迈出一步。这项工作发表在《自然通讯》杂志上。在计算、计量和通信领域，SPE是许多发展量子技术的关键资源，开发合适的SPE源替代相干激光脉冲一直是这些应用的研究热点。嵌入在二维过渡金属结构中的SPE可以获得高的光提取效率，并且可能特别适合大规模集成。麻省理工学院研究小组对SPEs的研究已经包括使用双光腔设计来增加产生的光学相同光子的数量以及基于监测和校正频率变化的微环谐振器的频率锁定技术。研究小组在其最新发表的论文中指出2D-SPE主要在可见光中发射，这意味着不能使用标准的绝缘体上硅PIC平台，因为它对这些波长不透明，直到现在才实现这些结构与PIC的集成。这项突破涉及将二硒化钨单层发射器集成到氮化硅（SiN）芯片上，以及将基于2D的单光子源与SiN波导的波导模式耦合。

SPEs将集成到集成量子电路中

这样与集成腔发射系统的疏逝波导耦合的结构，应优化单光子提取，并允许高质量且兼容CMOS的PIC平台的全部潜力，而无需对主体材料本身进行严格的处理。该项目评论说：“基于2D的SPE可以很容易地与PIC连接，并堆叠在一起形成复杂的异质结构，”由于它们厚度很薄，并且没有全内反射，因此它们可以在不需要任何额外处理的情况下实现非常高的光提取效率，从而允许在主体和底层PIC之间进行有效的单光子传输。而具有高晶圆尺寸均匀性的二维材料越来越容易获得。” 在试验中，对光谱隔离的量子发射器进行的二阶相关测量证实，单光子发射的波导耦合饱和计数率为100khz。该项目还发现，即使在量子产率适中的情况下，也可以设计介电腔，使进入导模的单光子提取达到统一。利用晶圆规模生长和相同器件的图案化以及波导耦合的2D-SPE这一发现为更大的量子光子电路提供了一条途径。项目负责人弗雷德里克·佩斯肯斯（Frédéric Peyskens）说：“这些结果为使用基于二维的集成单光子源放大量子光子器件提供了关键一步。”

来源： Optics

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