基于铌酸锂非线性超表面的纠缠光子偏振工程

光子对的复杂偏振态在各种量子技术中不可或缺。制备所需双光子偏振态的传统方法通过笨重的非线性晶体实现，由于固定的晶体非线性极化率，这限制了所生成量子态的通用性和可调性。在此我们提出一种解决方案，使用在 300 纳米厚铌酸锂薄膜上集成复用二氧化硅超光栅的非线性超表面。我们在单一衬底上制备了两个具有 identical 谐振波长的正交超光栅，从而实现发射光子的光谱不可区分性，并在实验中证明双光子偏振态可由超光栅取向塑造。利用这一关键特性，我们提出了一种通过在同一超表面上组合三个超光栅来生成任意偏振纠缠 qutrit 态的理论方法，从而允许编码所需的量子态或信息。我们的发现实现了使用超薄超表面作为偏振纠缠光子源的小型化光控量子器件。