光学光子是量子信息的理想载体。但要在量子计算机或网络中协同工作，它们需要具有相同的颜色(或频率)和带宽。改变光子的频率需要改变它的能量，这对集成光子芯片来说尤其具有挑战性。

改变集成芯片上量子光的颜色

最近，哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了一种集成电光调制器，可以有效地改变单个光子的频率和带宽。该设备可用于更先进的量子计算和量子网络。

该研究发表在《光：科学与应用》上。

将光子从一种颜色转换为另一种颜色通常是通过将光子发送到晶体中并用强激光照射来完成的，这一过程往往效率低下且噪音大。相位调制，其中光子波的振荡被加速或减慢以改变光子的频率，提供了一种更有效的方法，但这种过程所需的设备，即电光相位调制器，已被证明难以集成在芯片上。

一种材料可能特别适合这种应用：铌酸锂薄膜。

“在我们的工作中，我们采用了一种新的铌酸锂薄膜调制器设计，显着提高了器件性能，”SEAS的TiantsaiLin电气工程教授、该研究的资深作者MarkoLončar说。“通过这种集成调制器，我们实现了单光子的创纪录的太赫兹频移。”

该团队还使用相同的调制器作为“时间透镜”——一种在时间而不是空间上弯曲光的放大镜——来改变光子的光谱形状，从胖到瘦。

“我们的设备比传统的大容量设备更紧凑、更节能，”该论文的第一作者DiZhu说。“它可以在同一芯片上与各种经典和量子设备集成，以实现更复杂的量子光控制。”

Di是SEAS的前博士后研究员，目前是新加坡科学技术研究局(A*STAR)的研究科学家。

接下来，该团队的目标是使用该设备来控制量子发射器的频率和带宽，以用于量子网络中的应用。

该研究是哈佛大学、麻省理工学院、HyperLight和A*STAR之间的合作。

该论文由ChangchenChen、MengjieYu、LinboShao、YaowenHu、CJXin、MatthewYeh、SoumyaGhosh、LingyanHe、ChristianReimer、NeilSinclair、FrancoNCWong和MianZhang合着。