Mesure de l&#39;interférence quantique dans un anneau de silicium Résonateur Photon Source

Jeffrey A. Steidle; Michael L. Fanto; Stefan F. Preble; Christopher C. Tison; Gregory A. Howland; Zihao Wang; Paul M. Alsing

doi:10.3791/55257

Article de méthode

Mesure de l'interférence quantique dans un anneau de silicium Résonateur Photon Source

DOI :

10.3791/55257

⸱

4 avril 2017

Jeffrey A. Steidle¹ , Michael L. Fanto¹^,² , Stefan F. Preble¹ , Christopher C. Tison²^,³^,⁴ , Gregory A. Howland² , Zihao Wang¹ , Paul M. Alsing²

¹Microsystems Engineering, Rochester Institute of Technology, ²Air Force Research Laboratory, Rome, NY, ³Department of Physics, Florida Atlantic University, ⁴Quanterion Solutions Incorporated

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Silicon puces photoniques ont le potentiel de réaliser des systèmes quantiques complexes intégrés. Présenté ici est un procédé pour préparer et tester une puce photonique de silicium pour la mesure quantique.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Silicon puces photoniques ont le potentiel pour réaliser des circuits de traitement de l'information quantiques intégrés complexes, y compris des sources de photons, la manipulation de qubits, et des détecteurs de photon unique intégrée. Nous présentons ici les principaux aspects de la préparation et de tester une puce quantique photonique en silicium avec une source de photons intégré et interféromètre à deux photons. L'aspect le plus important d'un circuit quantique intégré minimise la perte de sorte que tous les photons générés sont détectés avec la plus grande fidélité possible. Ici, nous décrivons comment effectuer le couplage de bord à faible perte à l'aide d'une fibre à ouverture numérique ultra-haute pour correspondre étroitement au mode de guides d'ondes en silicium. En utilisant une recette de raccordement par fusion optimisée, la fibre de Uhna est parfaitement interfacé avec une fibre standard monomode. Ce couplage faible perte permet la mesure de la production de photons de haute fidélité dans un résonateur en anneau de silicium intégré et l'interférence à deux photons ultérieure du produit photons dans un interféromètre de Mach-Zehnder étroitement intégré. Cet article décrit les procédures essentielles pour la préparation et la caractérisation de haute performance et évolutives quantiques de silicium circuits photoniques.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le silicium est très prometteur en tant que plate - forme de la photonique pour le traitement de l' information quantique ^{^1,} ^{^2,} ^{^3,} ^{^4,} ^5. L'un des éléments essentiels des circuits photoniques quantiques est la source de photons. Photon sources paires ont été développés à partir de silicium sous la forme de résonateurs micro-anneau fait par l' intermédiaire d' un troisième processus d'ordre non linéaire, mélange à quatre ondes spontanée (SFWM) ^{^6,} ^{^7,}

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Protocole

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NOTE: Ce protocole suppose que la puce photonique a déjà été fabriqué. La puce décrit ici (illustré à la figure 1A) a été fabriqué à l'Université Cornell Nanoscale Science & Technology Facility en utilisant des techniques de traitement standard pour les dispositifs photoniques de silicium ^11. Ceux-ci comprennent l'utilisation de plaques de silicium sur isolant (composé d'une couche de silicium nm d'épaisseur 220, une couche de 3 pm de dioxyde de silicium, et un substrat de silicium 525 pm d'épaisseur), la lithographie par faisceau d'électrons pour définir les guides d'onde de bande (500 nm à l'échelle), et le dépôt chimique en....

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Résultats

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

nombre de photons individuels de chaque détecteur, ainsi que la coïncidence compte, ont été recueillies dans la phase relative entre les deux voies a été accordé. Les chiffres individuels (Figure 5A) affiche le motif d'interférence classique à partir d' un MZI avec visibilités de 94,5 ± 1,6% et 94,9 ± 0,9%. Les mesures de coïncidence (figure 5B) montrent l'interférence quantique de l'état enchevêtré, comme on le voit par l'oscillation à deux fois la fréq.......

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il y a plusieurs défis pour le domaine de la photonique intégrée à surmonter pour des systèmes complexes et évolutifs des dispositifs photoniques réalisable. Ceux-ci comprennent, mais sans s'y limiter: les tolérances de fabrication serrées, l'isolement de l'environnement, et instabilités réduction de toutes les formes de perte. Il y a des étapes critiques dans le protocole ci-dessus qui aident à minimiser la perte de dispositifs photoniques.

L'une des exigences les plus cruci.......

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nous avons rien à révéler.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce travail a été réalisé en partie au Fonds pour l'Université Cornell Nanoscale Science et technologie, membre du Réseau National Nanotechnology Infrastructure, qui est soutenu par la National Science Foundation (Grant ECCS-1542081). Nous reconnaissons le soutien pour ce travail du laboratoire de recherche Air Force (AFRL). Ce matériel est basé sur le travail partiellement soutenu par la National Science Foundation Award No. ECCS14052481.

....

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Platine de flexion NanoMax 3 axes	Thorlabs	MAX312D	Platines de précision 3 axes
Outil de dénudage de fibre à trois trous	Outil de dénudage de tampon	Thorlabs	FTS4
Contrôleur piézoélectrique à trois canaux	Thorlabs	MDT693B	Contrôleurs piézoélectriques pour étages NanoMax
Contrôleur de polarisation de fibre	Thorlabs	FPC562	Polarisation à base de fibre à 3 palettes contrôleur
Coupereteau à fibre	Thorlabs	XL411	Couperet à fibre
V-Groove Support à fibre	Thorlabs	HFV001	standard à rainure en V
Support de fibre conique à rainure en V	Thorlabs	HFV002
Plaque supérieure à angle droit pour scène NanoMax	Thorlabs	AMA011	support à angle droit
50:50 Fibre optique Coupleur	Thorlabs	TW1550R5F1	50/50 Combinateur
Fibre Optique Fusion Épissure	Fujikura	FSM-40S	Fusion
Système de Polissage MultiPrep - 8"	Allied High Tech	15-2100	Polisseuse de copeaux
GreenLube	Allied High Tech	90-209010	Lubrifiant de polissage
Palette de section transversale avec bord de référence	Allied High Tech	15-1010-RE	Monture de polissage
Système de mesure Lightwave	Keysight	8164B	Unité centrale pour laser accordable
Source laser accordable	Keysight	81606A	Laser accordable
Capteur de puissance optique	Keysight	81634B	Capteur de puissance
NIR Détecteur de photons uniques	ID Quantique	ID210	Détecteurs de photons uniques
Détecteur de photons uniques	PROCHE INFRAROUGE ID Quantique	ID230	Détecteurs de photons uniques à faible bruit et à fonctionnement libre
PicoHarp		PicoQuant PicoHarp 300	Comptage de photons uniques corrélés dans le temps
WiDy SWIR InGaAs Caméra	NIT	640U-S	IR
Caméra WDM Filtre passe-bande	JDS Uniphase	30055053-368-2.2	Filtres de nettoyage de pompe
WDM Filtre passe-bande	JDS Uniphase	1011787-012	filtres de rejet de pompe
Fibre à ultra-haute ouverture numérique	Nufern	UHNA-7	Fibre
ultra optique monomode	Corning	SMF-28	fibre monomode standard

Standard

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Réimpressions et autorisations

Demander l’autorisation de réutiliser le texte ou les figures de cet article JoVE

Demander une autorisation

Mots-clés

Puce photonique en silicium fibre ouverture num rique ultra lev e soudure par fusion interf rom tre de Mach Zehnder interf rence deux photons m lange quatre ondes spontan corr lation de co ncidence

Mesure de l'interférence quantique dans un anneau de silicium Résonateur Photon Source

Dans cet article

Résumé

Résumé

Introduction

Protocole

Résultats

Discussion

Déclarations de divulgation

Remerciements

Matériaux

Références

Réimpressions et autorisations

Mots-clés

Articles connexes