光子纠缠（photon entanglement）理论认为，与常规的量子纠缠类似，若将两粒来自同一光束的光子分开，发生在其中一粒光子上的事情，在另一粒光子上都能反映出来。而产生纠缠光子对的能力便是量子光学信息技术中的关键之一，但到目前为止，很少有研究证明可以实现纠缠光子对的高速率、高效率生成，这就导致无法将其应用于实际量子应用当中。

为了解决这一问题，美国史蒂文斯理工学院的Yu-Ping Huang等人利用铌酸锂构建了一种微型谐振器芯片，如图1所示，并通过实验证明该芯片产生光子对的效率相比其他芯片可提高100倍以上，并且可以与其他光学器件进行集成，从而促进量子光学信息技术的应用。

图1 环形谐振器芯片示意图

微型谐振器是通过在薄晶体上制备微结构单元而成，其工作流程为强激光束入射到谐振器端口，并将其限制自波导结构中向前传输，随后其中一些光子以较低的能量且通过自发参量下转换（SPDC）的非线性过程生成纠缠光子对。

铌酸锂，具有明显的光学非线性效应，且在目标波段范围内透过率极高，可产生强大的电光效应，而被广泛应用于包括谐振器在内的光学和电子设备中。但对于量子源器件来说，一方面需要材料能够确保入射光与出射光之间的相位匹配，另一方面还需要具有强烈的非线性效应和足够强的光限制能力，这种严格的属性要求使得铌酸锂还不能完全应用于量子光学信息技术中。

在最新的工作中，Yu-Ping Huang等人通过“Periodic Polling”的方法满足了量子源器件的两项属性要求：首先将700 nm厚的铌酸锂薄膜粘合在二氧化硅层上，并在一系列宽度小于4 μm的波导带中交替改变材料的光学取向；然后通过电子束直写和例子刻蚀的工艺，制备出直径为110 nm的微环，从而实现光波在微环内的长时间相互作用；最后选用可见光连续波激光器作为光源，并用超导光子检测器记录器件出射的红外光子对。

最终实验结果证明，当入射激光功率为1 μW时，该器件每秒就能产生近300万个光子对，虽然该数量仅为理论计算的三分之一，但已经比之前公开的最佳值增加了100倍。

除此之外，研究人员还发现该器件产生的光子对具有较低水平的背景噪声、较高的保真度并且可以在多波长下产生，完全可以胜任高维纠缠和光学量子计算等应用，且可以将该设备与电光调制器、变频器等设备进行集成以实现高速、可重构和多功能的量子器件。