光子糾纏（photon entanglement）理論認為，與常規(guī)的量子糾纏類似，若將兩粒來自同一光束的光子分開，發(fā)生在其中一粒光子上的事情，在另一粒光子上都能反映出來。而產生糾纏光子對的能力便是量子光學信息技術中的關鍵之一，但到目前為止，很少有研究證明可以實現糾纏光子對的高速率、高效率生成，這就導致無法將其應用于實際量子應用當中。

為了解決這一問題，美國史蒂文斯理工學院的Yu-Ping Huang等人利用鈮酸鋰構建了一種微型諧振器芯片，如圖1所示，并通過實驗證明該芯片產生光子對的效率相比其他芯片可提高100倍以上，并且可以與其他光學器件進行集成，從而促進量子光學信息技術的應用。

圖1 環(huán)形諧振器芯片示意圖

微型諧振器是通過在薄晶體上制備微結構單元而成，其工作流程為強激光束入射到諧振器端口，并將其限制自波導結構中向前傳輸，隨后其中一些光子以較低的能量且通過自發(fā)參量下轉換（SPDC）的非線性過程生成糾纏光子對。

鈮酸鋰，具有明顯的光學非線性效應，且在目標波段范圍內透過率極高，可產生強大的電光效應，而被廣泛應用于包括諧振器在內的光學和電子設備中。但對于量子源器件來說，一方面需要材料能夠確保入射光與出射光之間的相位匹配，另一方面還需要具有強烈的非線性效應和足夠強的光限制能力，這種嚴格的屬性要求使得鈮酸鋰還不能完全應用于量子光學信息技術中。

在最新的工作中，Yu-Ping Huang等人通過“Periodic Polling”的方法滿足了量子源器件的兩項屬性要求：首先將700 nm厚的鈮酸鋰薄膜粘合在二氧化硅層上，并在一系列寬度小于4 μm的波導帶中交替改變材料的光學取向；然后通過電子束直寫和例子刻蝕的工藝，制備出直徑為110 nm的微環(huán)，從而實現光波在微環(huán)內的長時間相互作用；最后選用可見光連續(xù)波激光器作為光源，并用超導光子檢測器記錄器件出射的紅外光子對。

最終實驗結果證明，當入射激光功率為1 μW時，該器件每秒就能產生近300萬個光子對，雖然該數量僅為理論計算的三分之一，但已經比之前公開的最佳值增加了100倍。

除此之外，研究人員還發(fā)現該器件產生的光子對具有較低水平的背景噪聲、較高的保真度并且可以在多波長下產生，完全可以勝任高維糾纏和光學量子計算等應用，且可以將該設備與電光調制器、變頻器等設備進行集成以實現高速、可重構和多功能的量子器件。