דור ושליטה קוהרנטי של הקוונטים פעמו תדירות מסרקים

השליטה של תופעות קוונטיות פותחת את האפשרות עבור יישומים חדשים בתחומים מגוונים כמו תקשורת מאובטחת קוונטית¹, עיבוד²וקוונטית חישה³אינפורמציה קוונטית עוצמה. בעוד מגוון רחב של פלטפורמות פיזית הם פעיל להיות נחקר במשך מימושים של קוואנטום טכנולוגיות⁴, מצבים הקוונטים אופטי הם מועמדים חשוב כמוצג הם יכולים פעמים קוהרנטיות ארוך ויציבות מרעש חיצוני, מעולה העברת נכסים, כמו גם תאימות עם התקשורת הקיימת והטכנולוגיות שבב (CMOS) סיליקון.

לקראת מיצוי הפוטנציאל של הפוטונים לטכנולוגיות קוונטית, המורכבות המדינה ותוכן המידע ניתן להגדיל באמצעות מספר מפלגות סבוכה ו/או גבוהה-dimensionality. עם זאת, הדור על שבב של מדינות אלו אופטי חסרה המעשיות כמו setups מסובך, לא בצורה מושלמת מדרגיים, ו/או להשתמש ברכיבים הפערים מיוחדים. באופן ספציפי, נתיב גבוהה-ממדי-שזירה דורש מקורות זהים באופן עקבי ומאוחד-נלהב, מעגלים מורכבים של קרן-מפצלי⁵ (איפה הוא dimensionality המדינה), בעוד זמן-שזירה צריך מורכבים זרוע מרובה אינטרפרומטרים⁶. למרבה הפלא, התדר הוא מתאים היטב עבור הדור מדרגי ושליטה על מצבים מורכבים, כפי שמוצג על ידי ניצול האחרונים שלה קוונטית תדירות קומבס (QFC)^7,8 באמצעות שילוב של אופטיקה משולבת, תשתיות טלקומוניקציה⁹, ומספק מסגרת מבטיח לטכנולוגיות מידע קוונטי.

על שבב QFCs נוצרים באמצעות אפקטים אופטית לא-ליניאריות משולב מיקרו-סתימות. שימוש כזה לא לינארית מיקרו-מהוד, שני פוטונים סבוכה (ציין אות ו לדנוור) המיוצרים על ידי ספונטנית ארבעה גלים ערבוב, דרך השמדתה של שני פוטונים עירור – עם הזוג הנובעת המופקים צירוף לינארי של חלל מצבי המפוזרות לתדר המתאים (איור 1). אם יש קוהרנטיות בין המצבים תדירות בודדים, מדינה תדר-bin מסובכת הוא בנוי¹⁰, אשר הוא המכונה לעתים קרובות המדינה במצב נעול פוטון שני¹¹. הגל-פונקציה זו המדינה יכולה להיות מתוארת על ידי,

כאן, , לדנוור יחיד-תדר-מצב, אות רכיבים, בהתאמה, ו הוא משרעת ההסתברות עבור זוג במצב אות-לדנוור – th.

הפגנות קודמות של QFCs על שבב לסמן צדדיות שלהם כמו פלטפורמות מידע קוונטי קיימא, והם כוללים מסרקים של פוטונים מתואם¹², פוטונים מקוטב-קרוס¹³,^14,פוטונים סבוכה^{15 , 16}, פוטון רב מדינות¹⁵, תדירות-bin מסובכת הברית^9,17. כאן, אנו מספקים סקירה מפורטת של פלטפורמת QFC, עבור תדירות גבוהה-ממדי-bin פרוטוקול מסובכת דור המדינה אופטי ושליטה.

יישומים קוונטי, במיוחד אלה כדי להיות לממשק עם אלקטרוניקה במהירות גבוהה (לעיבוד מידע עדכני), דורשים הדור ברמה גבוהה של טוהר גבוהה פוטון הברית בהגדרת קומפקטי ויציב. אנו משתמשים מזימת חלל פעיל במצב נעול, מקוננת כדי לייצר QFCs בתוך תקשורת להקות תדירות S, C, ו- L. טבעת מיקרו הוא שולב גדול פעמו לייזר חור, עם רווח אופטי (המסופקים על ידי מגבר ארביום-מסטול סיבים, EDFA) מסוננים כדי להתאים את רוחב הפס של מיקרו-טבעת עירור¹⁸. נעילת מצב פעיל ממומש באמצעות אלקטרו-אופטיים אפנון של הפסדים חלל¹⁹. Isolator מבטיח כי הפצת הדופק עוקב אחר בכיוון אחד. הרכבת הדופק וכתוצאה מכך יש רעש נמוכה שורש ממוצע הריבועים (RMS) ותערוכות שיעורי החזרות tunable וכוחות דופק. מסנן חריץ בידוד גבוהה מפרידה את הפוטונים הנפלטים QFC מן השדה עירור. פוטונים בודדים אלה ואז מודרכים דרך סיבי עבור זיהוי ובקרה.

ערכת שלנו הוא צעד לקראת הדור-שיעור גבוה, קטן-טביעת QFC מקור, כמו כל הרכיבים המשמשים פוטנציאל ניתן לשלב על גבי שבב פוטוני. בנוסף, עירור פעמו היא במיוחד מתאים היטב עבור יישומים קוונטית. ראשית, מסתכל על זוג של מיקרו-cavity מגנטיים סימטרי עירור, שהיא מייצרת שני הפוטונים הברית שבו כל פוטון מאופיינת בתדר יחיד במצב – מרכזי עבור ליניארי קוואנט אופטי מחשוב²⁰. כמו כן, ניתן להפיק פוטון מרובה הברית על-ידי הזזת משטרים עירור גבוה יותר של כוח ובחירה אות-לדנוור זוגות מספר¹⁵. שנית, כפי פוטונים נפלטים בחלונות זמן ידוע המתאימים עירור פעמו, עיבוד דפוס של gating ניתן ליישם כדי לשפר את מצב איתור. אולי והכי משמעותי, ערכת שלנו תומך דור גבוהה המחירים של פוטון הברית באמצעות נעילת מצב הרמוני מבלי להפחית את היחס מקרים-כדי-בטעות (מכונית) – אשר יכול לסלול את הדרך עבור אינפורמציה קוונטית במהירות גבוהה, מרובה ערוצים טכנולוגיות.

כדי להדגים את ההשפעה ואת הכדאיות של התדר, השליטה QFC הברית חייב להתבצע בדרכים יישוב, שינויי צורה יעילה במיוחד של המדינה קוהרנטיות. כדי לספק את דרישות כאלה, אנו משתמשים שלב מאפננים – הוקמה רכיבים לתעשיית הטלקומוניקציה ומסננים לתכנות מדורגים. מסננים לתכנות יכול לשמש כדי לכפות משרעת ספקטרלי שרירותי ומסיכת שלב על פוטונים בודדים, עם רזולוציה מספיק לטפל בכל מצב תדר בנפרד; שלב אלקטרו-אופטיים מאפננים מונע על ידי תדרי רדיו (RF) האות גנרטורים להקל על ערבוב של רכיבי התדר²¹.

ההיבט החשוב ביותר של ערכת שליטה זו היא כי הוא פועל על כל המצבים קוונטי פוטונים בו-זמנית במצב יחיד המרחבי, באמצעות רכיבי בקרה בודדת. הגדלת dimensionality את מצב קוונטי לא תוביל לעלייה מורכבות ההתקנה, בניגוד ערכות שזירה נתיב או זמן-תאים. כמו כן, שכל הרכיבים פועלים באופן חיצוני reconfigurable (כלומר ניתן לשנות את הפעולות ללא המתקנת את ההתקנה) ושימוש בתשתית התקשורת הקיימת. לפיכך, קיימים ועתידיים בהתפתחויות בתחום של עיבוד אופטי מרביים ניתן ישירות להעביר לשליטת המדרגי מצבים הקוונטים בעתיד.

לסיכום, ניצול התדר על-ידי QFCs הדור ברמה גבוהה של מצבים הקוונטים מורכבים ושליטה שלהם, ותומכת, ולכן הוא מתאים היטב רתימת של מצבים מורכבים כלפי מעשי ומדרגי קוונטית טכנולוגיות.