用于生成频率仓纠缠 qudit 的可重构硅光子芯片

集成环形谐振腔中的量子光学微梳在众多光谱模式上产生纠缠光子对，并允许制备高维 qudit 态。理想情况下，此类光源应可编程且具备高产生率，梳线紧密间隔以基于电光频率混合实现高效 qudit 门。尽管这些要求无法由单一谐振腔器件同时满足——其在高产生率与紧密仓间隔之间存在权衡——一种有前景的策略是使用多个谐振腔，各自通过自发四波混频在特定频率仓中产生光子对。基于该方法，我们提出了一种可编程硅光子器件用于生成频率仓纠缠 qudit，其中仓间隔、qudit 维数与 bipartite 量子态可在片上重构。利用半径为 22 微米的谐振腔，我们实现了每梳线高亮度(MHz/(mW)^2)且仓间隔为 15 GHz，并在最大纠缠 Bell 态上达到超过 85% 的保真度，直至 Hilbert 空间维数为十六。通过单独寻址每个光谱模式，我们实现了无法用单一谐振腔在片上生成的态。我们在一组互无偏基上测量了最大纠缠两量子比特与两 qutrit 态的关联矩阵，发现保真度超过 98%，表明该光源可应用于高维安全通信协议。