Misura di interferenza quantistica in una fonte di silicio Anello Resonator Photon

Sommario

Silicio chip fotonici hanno il potenziale di realizzare sistemi quantistici integrati complessi. Qui presentata è un metodo per preparare e testare un chip fotonico di silicio per misurazioni quantistiche.

Abstract

Silicio chip fotonici hanno il potenziale di realizzare complessi quantistica circuiti integrati di elaborazione dati, comprese le fonti di fotoni, manipolazione qubit, e rivelatori di singoli fotoni integrati. Qui, presentiamo gli aspetti chiave della preparazione e alla verifica un chip di silicio quantum fotonici con una sorgente di fotoni integrato e due fotoni interferometro. L'aspetto più importante di un circuito integrato quantistico è ridurre al minimo la perdita in modo che tutti i fotoni generati vengono rilevati con la massima fedeltà possibile. Qui, descriviamo come eseguire accoppiamento bordo bassa perdita utilizzando un ultra-alta fibra apertura numerica per adattarsi perfettamente alla modalità delle guide d'onda di silicio. Utilizzando una ricetta ottimizzata giunzione a fusione, la fibra Uhna è perfettamente interfacciato con una fibra monomodale standard. Questo accoppiamento a bassa perdita consente la misurazione della produzione di fotoni ad alta fedeltà in un risonatore anello silicio integrata e la successiva interferenza due fotoni del prodotto photons in un interferometro di Mach-Zehnder strettamente integrato. Questo documento descrive le procedure fondamentali per la preparazione e caratterizzazione di elevate prestazioni e circuiti fotonici quantistici silicio scalabili.

Introduzione

Silicio mostra grande promessa come piattaforma fotonica per elaborazione quantistica ^{1, 2, 3, 4, 5.} Uno dei componenti vitali di circuiti fotonici quantistica è la sorgente di fotoni. Fonti Photon-pair sono stati sviluppati dal silicio in forma di risonatori micro-anello realizzato tramite un processo non lineare del terzo ordine, spontaneo four-wave mixing (SFWM) ^{6, 7, 8.} Queste fonti sono capaci di produrre cop....

Protocollo

NOTA: Questo protocollo presuppone che il chip fotonico è già stato fabbricato. Il chip qui descritto (Figura 1A) è stato fabbricato presso l'impianto di Cornell University NanoScale Science & Technology, utilizzando procedimenti standard per dispositivi fotonici al silicio ^11. Questi includono l'uso di wafer di silicio su isolante (composto da uno strato di silicio 220 nm di spessore, uno strato 3 um di biossido di silicio, e un substrato di silicio 525 um di spessore), litografia a fascio elettronico per definire le guide d'onda striscia (500 nm-wide), e la deposizione chimica da fase vapore al plasma-enhanced de....

Risultati

Conteggi individuali fotoni da ciascun rivelatore, nonché i conteggi coincidenza, sono stati raccolti come fase relativa tra i due percorsi era sintonizzata. I singoli conteggi (Figura 5A) mostrano la configurazione di interferenza classica da un MZI con visibilità di 94,5 ± 1,6% e 94,9 ± 0,9%. Le misurazioni coincidenza (Figura 5B) mostrano l'interferenza quantistica dello stato di entanglement, come è evidente dalla oscillazione a frequenza doppia .......

Discussione

Esistono molteplici sfide per il campo della fotonica integrata da superare per sistemi complessi e scalabili di dispositivi fotonici essere fattibile. Questi includono, ma non sono limitati a: tolleranze di fabbricazione, stretto isolamento da instabilità ambientale e la minimizzazione di tutte le forme di perdita. Ci sono passaggi critici nel protocollo di cui sopra che aiutano a ridurre al minimo la perdita di dispositivi fotonici.

Uno dei requisiti più cruciale per minimizzare la perdita.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Stadio di flessione NanoMax a 3 assi	Thorlabs	MAX312D	Stadi di precisione a 3 assi
Strumento di spelatura delle fibre a tre fori	Strumento di spelatura del buffer	Thorlabs	FTS4
Controller piezoelettrico a tre canali	Thorlabs	MDT693B	Controllori piezoelettrici per stadi NanoMax
Controller di polarizzazione delle fibre	Thorlabs	FPC562	Polarizzazione basata su fibra a 3 palette controller
Mannaia per fibre	Thorlabs	XL411	Mannaia per fibre
Supporto per fibra con scanalatura a V standard	Thorlabs	HFV001	scanalatura a V conica
		Thorlabs	HFV002
Piastra superiore ad angolo retto per NanoMax Stage	Thorlabs	AMA011	Staffa ad angolo retto
50:50 Fibra ottica Accoppiatore	Thorlabs	TW1550R5F1	50/50 combinatore
Giuntatrice a fusione in fibra ottica	Fujikura	FSM-40S	Giuntatrice
a fusione MultiPrep Sistema di lucidatura - 8"	Allied High Tech	15-2100	Lucidatrice per trucioli
GreenLube	Allied High Tech	90-209010	Paletta
per sezionamento trasversale lubrificante lucidante con bordo di riferimento	Allied High Tech	15-1010-RE	Sistema
di misurazione delle onde luminose	Keysight	8164B	Mainframe per laser
sintonizzabile Sorgente laser sintonizzabile	Keysight	81606A	Laser sintonizzabile
Sensore di potenza ottico	Keysight	81634B	Misuratore di potenza
NIR Rilevatore di fotoni singoli	ID Quantique	ID210	Rivelatori di
fotoni singoliRivelatore di fotoni singoli NIR	ID Quantique	ID230	Rivelatori di fotoni singoli a basso rumore e a funzionamento libero
PicoHarp	PicoQuant	PicoHarp 300	Conteggio di singoli fotoni correlato al tempo
WiDy SWIR Telecamera InGaAs	640U-S	IR Telecamera
WDM Filtro passa-banda	JDS Uniphase	30055053-368-2.2	Filtri di pulizia della pompa
Filtro	passa-banda WDMFiltri	reiezione della pompa	1011787-012
Fibra ad altissima apertura numerica Nufern		UHNA-7	Fibra ad alto indice
Fibra monomodale ultra ottica	Corning	Fibra monomodale standard	SMF-28

Supporto per fibra con con supporto lucidante NIT di JDS Uniphase