Рис. Схема упакованного источника поляризационно-запутанных фотонов с электрической накачкой. Источник: Сюйфэн Цзяо, Китайский университет науки и технологий.

Ключом к созданию устройства с электрической накачкой послужила интеграция лазерного чипа с распределенной обратной связью (DFB) с фотонным чипом на основе тонкопленочного ниобата лития (TFLN). Чип TFLN объединяет несколько компонентов на кристалле: двухканальные периодически поляризованные волноводы из ниобата лития (PPLN), генерирующие пары фотонов посредством нелинейного процесса спонтанного параметрического преобразования вниз (SPDC), многомодовый интерференционный (MMI) разделитель лучей, равномерно распределяющий свет накачки, и поляризационно-ротационный сумматор (PRC), который поворачивает поляризацию фотонов из одного волновода, а затем объединяет их с фотонами из другого волновода для реализации интерференции, тем самым генерируя поляризационно-запутанные состояния.

Фото. Фотография гибридного интегрированного источника запутанных фотонов, демонстрирующая DFB-лазер, соединенный с чипом TFLN. Автор фото: Сюйфэн Цзяо, Китайский университет науки и технологий.

Интегрированная архитектура с электрическим управлением позволяет масштабируемо и высокопроизводительно реализовывать квантовые протоколы, такие как квантовое распределение ключей с помощью мультиплексирования с разделением по длинам волн, квантовая связь на основе спутников и квантовая метрология на основе запутанности. Стратегия интеграции не требует использования каких-либо внешних лазеров или другого громоздкого оборудования. Это делает полученную EPS более компактной и стабильной, чем многие из ранее предложенных систем.

Встроенная EPS-матрица одновременно обеспечивает высокую яркость (4.5×10¹⁰ pairs/s/mW) и широкой полосой пропускания (73 нм). Высокая яркость источника и широкая полоса пропускания делают его подходящим для квантового распределения ключей с мультиплексированием по длине волны.