特別說明：本文由學研匯技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。光的壓縮量子態是指其中一個正交態的噪聲小于標準量子噪聲極限的狀態。這種狀態的產生和操作是量子增強技術的核心，但這類系統往往需要輔助的大塊光學元件來制備。在納米光子學中，如何產生、操控和測量這樣的量子態，使其具有廣泛可擴展的量子信息系統所需的性能，仍然具有挑戰性。有鑒于此，加州理工學院Rajveer Nehra等人報道了一個基于鈮酸鋰(LN)的納米光子平臺的開發，以展示在同一芯片上壓縮態的產生和全光測量。使用 LN中的納米光子電路來證明超短脈沖壓縮真空的產生和全光學測量作為可擴展 連續變量(CV)量子納米光子學的構建塊。產生的壓縮態跨越了超過25太赫茲的帶寬，僅支持幾個光學周期。測量到的4.9分貝的壓縮超過了廣泛的量子信息系統的要求，展示了一個實現可擴展的超快量子納米光子學的實用方法。作者使用LN中的納米光子電路來實驗證明超短脈沖壓縮真空的產生和全光學測量作為可擴展CV量子納米光子學的構建塊。電路結合了兩個色散工程相敏光參量放大器 (OPA)。第一個OPA產生微觀壓縮真空，然后用高增益OPA將其放大到同一納米光子芯片內的宏觀水平。由此產生的宏觀場攜帶有關微觀壓縮狀態的信息，可以對損失的高容忍度進行測量。
圖 納米光子學中壓縮真空的產生及其全光學測量的圖示在簡化的實驗裝置中，擠壓器和測量OPA由鎖模激光器（Menlo Systems Orange A）泵浦，以250-MHz的重復頻率產生約75 fs長的近變換限制脈沖。泵 1（擠壓器 OPA）和泵 2（測量 OPA）脈沖之間的相對相位由泵2臂上的壓電傳感器 (PZT) 調制。在納米光子芯片的輸出端，放大的壓縮信號和測量 OPA 泵首先使用分色鏡分離，然后由兩個不同的光譜分析儀檢測。作者展示了壓縮狀態下的測量，證實了實驗裝置的準確性。
作者展示了在寬帶寬上測得的壓縮。結果表明，壓縮存在于整個光譜中，具有輕微的光譜依賴性。輕微的光譜依賴性歸因于絕熱耦合器的耦合效率的波長依賴性。測得壓縮帶寬為 25.1 THz。預計帶寬將增加到36.4THz。測量的擠壓帶寬主要受到光譜翼中測量OPA增益的輕微失配的限制。由于增益譜的這種差異，測量OPA不會將壓縮真空在其整個生成帶寬上放大到宏觀水平，從而導致測量的壓縮帶寬降低。本工作生成的壓縮狀態可以占據大約四個光學周期的創紀錄水平時間窗口。
RAJVEER NEHRA, et al. Few-cycle vacuum squeezing in nanophotonics. Science,2022,377(6612):1333-1337.DOI: 10.1126/science.abo6213.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo6213
