超紧凑逆设计光子器件中横向空间模式的近全息量子干涉

光子的横向空间模式是放大集成光子量子计算的未开发资源。为了提高可扩展性，需在芯片上实现横向空间模式间可靠且高可视度的量子干涉。我们展示了使用逆设计横向模式分束器实现的可重复量子干涉，这些分束器具有极小的尺寸为 $3\ \mu m \times 3\ \mu m$——迄今为止面向 1550 nm 光子的最小横向模式分束器。我们测得单一器件的Hong-Ou-Mandel 可见度最高可达 $99.56\pm0.64\%$，三台相同器件的平均可见度为 $99.38\pm0.41\%$，表明高度的可重复性。我们的工作表明逆设计器件适用于芯内多模量子干涉的工程化，为未来利用光子横向空间模式实现高维量子信息的紧凑集成量子光子器件铺平了道路。