Silikon Halka Rezonatörü Foton Kaynak Kuantum Girişim ölçümü
Summary
Silikon fotonik çipler karmaşık entegre kuantum sistemlerini gerçekleştirmek potansiyeline sahiptir. hazırlanması ve kuantum ölçümleri için bir silikon fotonik çip test etmek için bir yöntem, burada sunulmuştur.
Abstract
Silikon fotonik fiş foton kaynakları, qubit manipülasyon ve entegre tek foton dedektörleri dahil olmak üzere karmaşık entegre kuantum bilgi işleme devrelerini gerçekleştirmek için potansiyele sahiptir. Burada, hazırlanması ve entegre bir foton kaynağı ile iki foton interferometrenin bir silikon fotonik kuantum çip test temel yönlerini sunuyoruz. oluşturulan fotonların bütün mümkün olan en yüksek aslına uygunluk ile tespit edilir ve böylece entegre kuantum devrenin en önemli yönü kaybını minimize edilir. Burada, yakından silikon dalga kılavuzu modu eşleştirmek için bir ultra-yüksek sayısal açıklık elyaf kullanılarak düşük kayıp kenar birleştirmeyi gerçekleştirmek üzere açıklar. Optimize edilmiş füzyon birleştirme tarifi kullanarak, UHNA elyaf sorunsuz bir standart tek modlu fiber arabirim. Bu düşük kayıplı birleştirme entegre silikon halka rezonatördeki yüksek kalitede foton üretiminin ölçümü ve üretilen p müteakip iki foton girişim sağlaryakından entegre Mach-Zehnder interferometre içinde hotons. Bu kağıt, yüksek performanslı ve ölçeklenebilir silikon kuantum fotonik devrelerin hazırlanmasıyla ve karakterizasyonu için gerekli prosedürleri tarif eder.
Introduction
Silikon kuantum bilgi işlem 1, 2, 3, 4, 5 bir fotonik platformu olarak büyük umutlar. Kuantum fotonik devrelerin hayati bileşenlerinden biri foton kaynağıdır. Foton çift kaynaklar üçüncü dereceden doğrusal olmayan işlem ile yapılmış bir mikro-halka rezonatörlerin şeklinde silikon geliştirilmiştir, kendiliğinden dört dalga karıştırma (SFWM) 6, 7, 8. Bu kaynaklar foton dolanması 9 içeren deneyler için idealdir ayırt edilemez fotonlar çiftleri üretebilmektedir.
Rezonatör kaynakları saat yönünde ve saat yönünün tersine yayılma hem de çalışabilir halka dikkat etmek önemlidir, ve iki farklı yayılma yönü genibirbirinden bağımsız ralli. Bu, tek bir halka iki kaynakları olarak işlev görmesini sağlar. optik olarak her iki yönde pompalanan zaman, bu kaynaklar aşağıdaki dolaşık durumu oluşturmak:
nerede 
ve 
clockwise- ve saat yönünün yayılan iki foton için bağımsız oluşturma operatörleri sırasıyla şunlardır. Bu N00N halde (N = 2), 10 olarak bilinen dolaşık durumda bir çok arzu edilen bir şeklidir.
bir çip-üstü Mach-Zehnder interferometre (MZI) aracılığıyla bu durum geçen durum ile sonuçlanır:
Bu durum iki kez maksimum tesadüf ve sıfır tesadüf arasında gidipBir mzi klasik parazit frekans etkili interferometrenin 10 hassasiyetini katlama. Burada, bu tür bir birleştirilmiş foton kaynağı ve MZI cihazı test etmek için kullanılan bir prosedürdür.
Protocol
Representative Results
Discussion
mümkün olduğu fotonik aygıtların karmaşık ve ölçeklenebilir sistemler için sırayla aşmak için entegre fotonik alanında için birden zorluklar vardır. Bunlar arasında, ancak bunlarla sınırlı değildir: dar imalat toleransları, çevresel kararsızlıklar izole ve zarar tüm biçimlerinin en aza indirilmesi. fotonik aygıtların kaybını en aza indirmek için yardımcı yukarıda protokol kritik adımlar vardır.
kaybını en aza indirmede en önemli gerekliliklerinden biri…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı (Hibe ECCS-1542081) tarafından desteklenen Cornell University Nanoseviye Bilim ve Teknoloji Tesisi, Ulusal Nanoteknoloji Altyapı Ağı üyesi, en kısmen gerçekleştirilmiştir. Biz Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuarı (AFRL) bu iş için destek için minnettarım. Bu malzeme kısmen Ödülü sayılı ECCS14052481 altında Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen çalışma dayanmaktadır.
Materials
| 3-Axis NanoMax Flexure Stage | Thorlabs | MAX312D | Precision 3-axis stages |
| Three Channel Piezo Controller | Thorlabs | MDT693B | Piezo controllers for NanoMax stages |
| Fiber Polarization Controller | Thorlabs | FPC562 | 3-Paddle fiber-based polarization controller |
| Fiber Cleaver | Thorlabs | XL411 | Fiber cleaver |
| Standard V-Groove Fiber Holder | Thorlabs | HFV001 | standard v-groove mount |
| Tapered V-Groove Fiber Holder | Thorlabs | HFV002 | tapered v-groove mount |
| Right-Angle Top Plate for NanoMax Stage | Thorlabs | AMA011 | right-angle bracket |
| 50:50 Fiber Optic Coupler | Thorlabs | TW1550R5F1 | 50/50 combiner |
| Optical Fiber Fusion Splicer | Fujikura | FSM-40S | Fusion splicer |
| MultiPrep Polishing System – 8" | Allied High Tech | 15-2100 | Chip polisher |
| Cross-Sectioning Paddle with Reference Edge | Allied High Tech | 15-1010-RE | Polishing mount |
| Lightwave Measurement System | Keysight | 8164B | Mainframe for tunable laser |
| Tunable Laser Source | Keysight | 81606A | Tunable laser |
| Optical Power Sensor | Keysight | 81634B | Power meter |
| NIR Single Photon Detector | ID Quantique | ID210 | Single photon detectors |
| NIR Single Photon Detector | ID Quantique | ID230 | Low noise, free-running single photon detectors |
| PicoHarp | PicoQuant | PicoHarp 300 | Time-correlated single photon counting |
| WiDy SWIR InGaAs Camera | NIT | 640U-S | IR Camera |
| WDM Bandpass Filter | JDS Uniphase | 30055053-368-2.2 | pump cleanup filters |
| WDM Bandpass Filter | JDS Uniphase | 1011787-012 | pump rejection filters |
| Ultra-High Numerical Aperture Fiber | Nufern | UHNA-7 | high index fiber |
| Ultra Optical Single Mode Fiber | Corning | SMF-28 | standard single mode fiber |
References
- Silverstone, J. W., et al. On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources. Nat. Photon. 8 (2), 104-108 (2014).
- Harris, N. C., et al. Integrated Source of Spectrally Filtered Correlated Photons for Large-Scale Quantum Photonic Systems. Phys. Rev. X. 041047, 1-10 (2014).
- Grassani, D., et al. Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons. Optica. 2 (2), 88 (2015).
- Najafi, F., et al. Scalable Integration of Single-Photon Detectors. Nat. Commun. 6, 1-8 (2015).
- Dutt, A., et al. On-Chip Optical Squeezing. Phys. Rev. Appl. 3 (4), 1-7 (2015).
- Azzini, S., et al. Ultra-low power generation of twin photons in a compact silicon ring resonator. Opt. Express. 20 (21), 23100-23107 (2012).
- Clemmen, S., et al. Continuous wave photon pair generation in silicon-on-insulator waveguides and ring resonators erratum. Opt. Express. 17 (19), 16558 (2009).
- Engin, E., et al. Photon pair generation in a silicon micro-ring resonator with reverse bias enhancement. Opt. Express. 21 (23), 27826-27834 (2013).
- Steidle, J. a., et al. High spectral purity silicon ring resonator photon-pair source. Proc. of SPIE. 9500, 950015 (2015).
- Preble, S. F., et al. On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring-Resonator Source. Phys. Rev. Appl. 4, 021001 (2015).
- Cao, L., Aboketaf, A. A., Preble, S. F. CMOS compatible micro-oven heater for efficient thermal control of silicon photonic devices. Opt. Commun. 305, 66-70 (2013).
- Chrostowski, L., Hochberg, M. . Silicon Photonics Design. , (2013).
