Summary
提出了一种利用集成微腔和标准通信组件对高维频率-bin 纠缠光子状态进行实际生成和相干操作的协议。
Abstract
提出了一种脉冲量子频率梳的产生和相干操作方法。到目前为止, 由于准备和处理这些状态所需的量子电路越来越复杂, 因此在芯片上以实际方式制备高维状态的方法仍然是难以捉摸的。在这里, 我们概述了如何高维, 频率-bin 纠缠, 双光子状态可以产生在稳定的, 高的产生率, 利用嵌套腔, 主动锁模励磁的非线性微腔。该技术用于产生脉冲量子频率梳。此外, 我们还介绍了如何使用标准通信组件 (如可编程滤波器和电光调制器) 对量子态进行相干操作。具体来说, 我们详细地介绍了如何完成状态表征测量, 如密度矩阵重构, 重合检测和单光子光谱测定。所提出的方法为复杂的高维状态准备和操作协议在频域中形成了一个可访问的、可重构的、可以伸缩的基础。
Introduction
量子现象的控制为在安全量子通信1、强大的量子信息处理2和量子传感3等不同领域的新应用开辟了可能性。虽然各种物理平台正在积极研究实现量子技术4, 光量子态是重要的候选, 因为它们可以表现出长期的相干时间和稳定性从外部噪音, 优秀传输特性, 以及与现有通信和硅片 (CMOS) 技术的兼容性。
为了充分实现量子技术中光子的潜能, 通过使用多个纠缠方和/或高维度, 可以提高状态复杂性和信息内容。然而, 这种光学状态的芯片生成缺乏实用性, 因为设置是复杂的, 不是完全可伸缩的, 和/或使用高度专门化的组件。具体来说, 高维路径纠缠需要
一致激发的相同源和复杂的光束分配器5 ( 状态维度) 电路, 而时间纠缠需要复杂的多臂干涉仪6。值得注意的是, 频域非常适合于复杂状态的可伸缩生成和控制, 如最近在量子频率梳 (QFC)7,8中利用集成光学和电信基础设施9, 为未来的量子信息技术提供了一个有希望的框架。
在集成微腔中利用非线性光学效应产生了片上 QFCs。使用这样一个非线性微谐振器, 两个纠缠光子 (称为信号和滚轮) 是由自发的四波混合产生, 通过湮灭两个励磁光子-与产生的一对叠加的腔的结果对均匀间隔的谐振频率模式 (图 1)。如果单个频率模式之间存在一致性, 则形成10的频率-bin 纠缠态, 通常称为锁模两光子状态11。这个状态波函数可以描述,
在这里
, 
分别是单频模式的滚轮和信号分量, 并且
是 th 信号-滚轮模式对的概率
振幅。
以前的芯片 QFCs 演示强调了它们作为可行的量子信息平台的通用性, 包括相关光子12、交叉极化光子13、纠缠光子14、15的梳子。,16、多光子状态15、频率-bin 纠缠态9、17。在这里, 我们提供了一个详细的概述 QFC 平台和一个协议的高维频率-bin 纠缠光学状态产生和控制。
未来的量子应用, 特别是那些与高速电子接口 (为了及时信息处理), 要求高纯度的光子状态的高速度生成在紧凑和稳定的设置。我们使用一个主动锁模, 嵌套腔方案, 以产生 QFCs 在电信, C 和 L 频段。微环被并入一个较大的脉冲激光腔内, 光增益 (由掺铒光纤放大器提供) 过滤, 以匹配微环励磁带宽18。锁模是通过对腔体损耗19的电光调制来积极实现的。隔离器确保脉冲传播跟随一个方向。所产生的脉冲列车具有很低的根平均平方 (RMS) 噪声, 并具有可调谐的重复率和脉冲功率。高隔离陷波滤波器将发射的 QFC 光子与励磁场分离开来。这些单光子然后引导通过纤维进行控制和检测。
我们的计划是迈向高世代率, 小脚印 QFC 源, 因为所有使用的组件可能会集成到一个光子芯片上。此外, 脉冲激励特别适合量子应用。首先, 看一双与励磁对称的微谐振腔共振, 它产生双光子状态, 每个光子的特征为线性光量子计算20的单频 mode–中心。同样, 多光子状态可以通过移动到更高的功率激励机制和选择多个信号-滚轮对15来产生。第二, 光子在已知的时间窗口中发出, 对应于脉冲励磁, 可以实现后处理和门控, 以改善状态检测。也许最重要的是, 我们的方案支持使用谐波锁模锁定的高频率光子状态, 而不降低巧合-意外比 (汽车)-这可能为高速、多通道量子信息铺平道路。技术。
为了证明频率域的影响和可行性, 必须以有针对性的方式实现对 QFC 状态的控制, 确保高效的转换和状态一致性。为了满足这些要求, 我们使用级联可编程滤波器和相位调制器-在电信行业中建立的组件。可编程滤波器用于在单光子上施加任意的光谱振幅和相位掩码, 分辨率足以单独处理每个频率模式;射频信号发生器驱动的电光相位调制器促进了频率元件21的混合。
该控制方案最重要的方面是, 它使用单一的控制元素, 同时在单一空间模式下对光子的所有量子模式进行操作。增加量子态维度不会导致安装复杂度的增加, 与路径或时间 bin 纠缠方案形成对比。而且, 所有组件都是外部可重构的 (这意味着可以在不修改设置的情况下更改操作) 并使用现有的电信基础结构。因此, 在超快光学处理领域的现有和即将发展可以直接转移到量子态的可伸缩控制的未来。
总之, QFCs 的利用频率域支持复杂量子态的高速率生成及其控制, 因此非常适合于利用复杂的国家实现实用和可伸缩的量子技术。
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Protocol
1. 通过脉冲激发产生高维频率-bin 纠缠态
- 按照图 2 (生成阶段) 中概述的方案, 使用偏振维护光纤连接每个组件 (以改善环境稳定性)。
- 将电源连接到电光振幅调制器, 并应用直流电压偏移, 调整偏移值, 直到通过它传输的光功率大约减半 (使用光功率计测量), 如峰值2兆瓦的传输值被减半到1兆瓦。
- 测量近似的外腔长度。使用关系计算外部腔模式间距,
在
哪里是外腔模间距, c是光在真空中的速度, 
是腔介质的有效指标, L是外腔长度。例如, 对于由光纤组成的20米腔, 其有效折射率为 1.46, 近似腔模间距为 10.2 MHz。 - 打开放大光纤, 启动激光。
- 将快速光电二极管插入到安装中的腔耦合器或其他环形端口。将光电二极管信号与示波器连接, 观察励磁场在时域内的强度。
- 将示波器时间分辨率设置为 < 100 ps (通过水平刻度旋钮), 以解决 ns 级的脉冲。在这一步, 如果没有调制器激活, 示波器上的输出将显示低质量, 高噪声脉冲列车不稳定的脉冲操作。
- 将函数发生器连接到电光振幅调制器。将函数发生器输出的频率设置为上面找到的 (近似) 外部腔模式间距 (或其谐波)。此信号执行锁模。选择脉冲 (矩形) 波形或正弦波进行振幅调制。打开函数生成器。
- 调谐射频函数发生器频率和直流偏移, 以优化和稳定示波器上的脉冲列车形状。如果使用脉冲驱动信号, 则优化其工作周期。
- 手动调整光纤放大增益, 以减少 (或增加) 脉冲强度的制度, 如所产生的光子的性质是由用户所期望的 (汽车是一个有用的指标在这里-见下文了解其测量的细节)。为此, 比较与定时电子附带的可视界面生成的相应的重合直方图。
- 用脉冲列车信号 (光电二极管检测到) 或射频锁模信号将定时电子同步通道与光子对生成同步单光子探测器。
- 为了提高 QFCs 的生成速率, 在外腔频率间距较高的谐波下驱动锁模调制器, 同时增大放大器增益以确保每脉冲的功率相同-这维护了光子对车, 而提高对生产率 (图 3)。为此, 分别增加了函数发生器输出频率和放大器增益。
哪里是外腔模间距, c是光在真空中的速度, 
是腔介质的有效指标, L是外腔长度。例如, 对于由光纤组成的20米腔, 其有效折射率为 1.46, 近似腔模间距为 10.2 MHz。2. 高维频率-bin 纠缠态的控制
- 按照图 2 (控制阶段) 中概述的方案, 使用偏振维护光纤连接所有组件。从该生成方案中的陷波滤波器开始, 串联第一个可编程滤波器、相位调制器和第二可编程滤波器。最后连接单光子探测器进行测量。
- 可编程滤波器操作
注: 根据所执行的具体应用/测量结果, QFC 的控制参数会有所不同, 并且必须相应地确定适用于频率模式的相位和振幅掩码。振幅掩模可用于衰减或阻挡某些频率模式, 相位掩模可以在每个模式上传递任意的相移。- 确定所需的应用程序/测量所需的掩码。
- 通过可编程滤波器视觉接口22, 设置所需频率模式通道的振幅, 并衰减所有其他。
- 同样, 应用相位掩码 (适用于不想要的通道的相位不重要, 因为它们完全衰减)。用视觉接口控制可编程滤波器, 其中选择所需频率。
- 相位调制操作
- 采用相位调制, 由周期性信号驱动, 将每个光谱分量分割成侧频带, 均匀地间隔在驱动相位调制器的信号发生器的频率上。利用这种方法混合几种不同的量子频率模式, 类似于路径纠缠方案中的空间波束分配器。在量子体制中, 电光相位调制被认为是量子散射运算23。
- 确定目标频率模式 (依赖于
和测量/处理正在执行), 并计算电压模式 (正弦波发生器的频率和振幅), 以优化所需
的值 (见下面的一些详情)。 - 使用低损耗电缆 (如 SMC 电缆) 将信号发生器连接到 RF 放大器。将射频放大器输出连接到相位调节器, 也使用适当的射频电缆。一旦所有射频端连接并正确终止, 偏置射频放大器。
- 确保 RF 放大器有足够的输出功率, 以驱动光电相位调制器, 具有足够的电压, 以满足所需的混合条件-这些都是在
几个 (相位调制器的半波电压) 的顺序。另外, 要确保射频电缆和连接器足够的带宽和频率范围的驱动信号。 - 设置射频信号发生器 (驱动相位调制器) 的频率, 这将重叠所需的模式与创建的侧带 (e., 33 GHz)。
- 打开信号发生器以混合频率模式。
- 为了验证是否应用了正确的调制方式, 通过相位调制器发送连续波激光器, 并检查输出频谱是否对应于使用光学频谱分析仪的预期调制 (调制参数可进一步已优化, 请参阅备注)。
注: 优化频率模式的混合 (确定最佳函数频率和振幅), 高度依赖于所需的混合方案、进行的实验和状态维数。如果可能, 混合方案应混合模式接近初始频率模式 (在低整数边), 以提高混合效率。例如, 如果
建议混合发生在两种频率模式之间的中途 (因此, 相位调制应在频率上驱动, 其整数倍数等于量子模式频率间距的一半, 或自由光谱范围 (FSR))。但是, 对于
, 建议在中心频率模式下进行混合 (相位调制应在频率上驱动, 整数倍数等于 FSR)。例如, 带和微腔
GHz, 相位调制驱动信号设置为 33.33 GHz 
, 使边带与相邻频率模式重叠, 同时在中心留下足够的强度频率模式。这将导致
边相邻模式的重叠, 
并
在中心频率模式下进行。图 4a可视化了调制过程和边带系数的例子。每个频率模式经历相同的相位调制, 并创建相同的边带分布, 但以原始频率模式为中心 (图 4a)。对于单频模式, 边带振幅计算为傅里叶级数24的系数,
当相位调制器被驱动的
频率, 是相位
调节模式 (周期性与频率 ) 
时, 将振幅
转移到 th 边带, 是周期调制函数的参数 (
)。对于正弦驱动信号, 
侧频带振幅由雅各比-愤怒膨胀描述,
在
哪一阶贝塞尔函数的第一种计算在
和
是最大相移 (其中
是电压振幅的单音调驱动信号)。
的值 (见下面的一些详情)。
建议混合发生在两种频率模式之间的中途 (因此, 相位调制应在频率上驱动, 其整数倍数等于量子模式频率间距的一半, 或自由光谱范围 (FSR))。但是, 对于
GHz, 相位调制驱动信号设置为 33.33 GHz 
, 使边带与相邻频率模式重叠, 同时在中心留下足够的强度频率模式。这将导致
边相邻模式的重叠, 
并
在中心频率模式下
频率, 是相位
调节模式 (周期性与频率
时, 将振幅
转移到 th 边带, 是周期调制函数的参数 (
)。对于正弦驱动信号, 
侧频带振幅由雅各比-愤怒膨胀描述,
哪一阶贝塞尔函数的第一种计算在
和
是最大相移 (其中
是电压振幅的单音调驱动信号)。3. 高维频率-bin 纠缠态的处理
- 单光子光谱
- 在可编程滤波器的输出中, 在 QFC 的励磁场过滤后插入一个光子探测器。
- 通过可编程滤波器的计算机软件, 扫过全可编程滤波器带宽, 使用窄带带通滤波器振幅掩模, 测量光子计数率作为频率函数。例如, 如果使用 MATLAB 中的可视化接口/控件脚本 (与可编程的过滤器控件和定时电子连接), 请输入所需的筛选器带宽值和步骤编号, 然后单击 "运行"。确保足够的集成时间以获得正确的光子计数。
- 要从这些数据中重建光谱, 请用 Matlab 脚本 (例如, 使用一个) 将光子计数率与相应的波长 (带通滤波器中心) 相对应。
- 巧合测量
- 为了完成一个巧合测量, 分裂和路由信号和滚轮光子分离单光子探测器。如果可编程过滤器有多个端口, 请使用它来执行分离。否则, 在单光子探测器之前插入密集波长分复用器 (DWDM), 并使用此方法来传送光子。
- 使用可编程滤波器 (通过提供的软件接口) 选择一个信号和滚轮对 (例如, 与激发频率、signal-2 和 idler-2 有关的第二共振线), 并将它们路由到两个单独的单光子探测器。例如, 对于 WaveManager 软件, 单击 Flexgrid 子菜单, 单击 "添加", 然后输入所选通道22的波长和输出端口。
- 使用时间到数字转换器记录信号和滚轮光子的到达时间。从这些测量中, 计算两个光子之间的时间延迟。绘制一个直方图 (例如, 使用 Matlab 脚本) 的巧合计数的时间延迟
之间的信号和滚轮-这提供了一个巧合的测量。
注意: 汽车公制比较了产生的光子对的真实重合数与由多光子过程和暗计数引起的意外巧合计数的数量。 - 从上述计算的测量中, 记录中心峰中的计数数 (在同一个脉冲中产生的巧合, 以零延迟为中心
)-这是重合值。 - 记录每个边峰中的平均计数 (不同脉冲产生的光子的巧合, 其中是脉冲训练周期的倍数, 即脉冲重复速率的逆), 这是意外值。
注: 这辆车只不过是这两个值的比值 (巧合值/意外值)。
- 密度矩阵重建
注: 密度矩阵重建的过程取决于量子态的几个参数: 光子的维数、光子的数量以及测量的模式。所需的原始测量数等于
, 其中是维度和
是光子的数量。例如, 一个具有维数的双光子对将需要81测量。本协议将概述密度矩阵重建的一般过程, 并举例说明一对频率模式光子。- 为所需状态和一组投影向量确定一组基准向量 (有关如何适当选择这些的详细信息, 请参见下面的内容)。
- 以巧合测量, 使用可编程的过滤器或 DWDM 路线信号和滚轮光子分离单一光子探测器。
- 通过可编程滤波器软件控制, 选择所需的频率模式, 并衰减所有其他。设置相位掩码值以单独实现每个投影 wavevector 并记录一个重合度测量。在不同的投影重合计数之间允许相同的积分时间是很重要的。
- 使用自定义计算机脚本, 计算每个投影 wavevector 的原始重合计数测量光子的密度矩阵 (有关计算细节见下文)。
注: 在确定密度矩阵测量的基向量时, 它们必须跨越状态空间。对于示例案例, 基向量是
对于状态
, 密度矩阵描述量子状态,
任何真实的物理系统的密度矩阵必须是一个正定的, 埃尔米特矩阵-但由于噪音, 这可能并不总是这样。在例子事例以选择的依据, wavevector 为理想最大地频率纠缠的状态可以代表作为
因此, 理论密度矩阵是:
投影测量是在一系列的投影 wavevectors 上拍摄的
。每一个投射的重合计数被给作为,
哪里
是常量 (请参见下面的定义)。 - 选择一组正交的
、归一化
的矩阵, 这样
哪里
是痕迹, 是维度, 是光子的数量, 
是克罗内克三角洲函数。这些矩阵可以使用特殊的酉 SU () 生成器 (其中有
), 连同标识矩阵, 通过所有可能的张量乘积组合25来构造。请参见下面的示例案例的正交矩阵。 - 通过以下关系重构
密度矩阵,
在
哪里是光子
计数的投影向量, 
是投影向量 (见下一步), 在哪里
, 并
根据等式定义计算。
注: 示例案例的投影 wavevectors 是,
实验中, 通过可编程滤波器在每个模态上传递适当的相移, 实现了这些 wavevectors。有关投影向量的讨论, 请参阅以前的出版物25 。矩阵的正交集合,
对于示例用例, 首先使用 SU (3) 生成器与标识矩阵一起选择,
并计算为,
- 有关高维状态重建的更深入的讨论, 请参阅参考 25 25。
之间的信号和滚轮-这提供了一个巧合的测量。
)-这是重合值。
, 其中
是光子的数量。例如, 一个具有维数的双光子对
, 密度矩阵描述量子状态,
。每一个投射的重合计数被给作为,
是常量 (请参见下面的定义)。
、归一化
的矩阵, 这样
是痕迹, 
是克罗内克三角洲函数。这些矩阵可以使用特殊的酉 SU (
), 连同标识矩阵, 通过所有可能的张量乘积组合25来构造。请参见下面的示例案例的正交矩阵。
密度矩阵,
哪里是光子
计数的投影向量, 
是投影向量 (见下一步), 在哪里
, 并
根据等式定义计算。
对于示例用例, 首先使用 SU (3) 生成器与标识矩阵一起选择,
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Representative Results
图 2显示了高维频率-bin 状态的生成和控制 (基于非线性微腔的激发) 的概述方案 (图 1)。此设置使用标准电信组件, 并且在光子生产速率和处理操作应用上具有高度灵活性。图 3显示了通过重合率和汽车作为重复率函数的生成方案的特性, 证明了光子对的生产可以在不减少汽车的情况下增加。在控制部分, 可编程滤波器和相位调制器 (图 4A) 允许对光子波函数的相干控制。这种控制方案用于对一
双光子系统进行量子状态层析成像, 以重建状态密度矩阵, 如图 4B所示。结果表明, 在实测和最大纠缠态之间有很好的一致性, 达到了80.9% 的保真度。
图 1: 脉冲量子频率梳代.脉冲场激发单个非线性微腔共振 (绿色)。自发的四波混合介导两个光子的湮灭从励磁谱模式和产生两个女儿光子, 称为信号和滚轮 (红色和蓝色), 光谱对称的激发。光子对也处于共振所定义的频率模式的量子叠加中, 例如, 在状态哈密顿定义的 eigenbasis 中, 波函数由对称频率模式特征向量的规范化和表示。请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 实用的高维量子状态生成和控制平台.微环谐振器26,27嵌入在一个较大的外部腔内。该外腔包括由信号发生器、光学增益分量和窄带通滤波器驱动的有源电光振幅调制器, 后者将循环励磁脉冲限制为与单个微腔共振。通过该方案生成的量子频率梳 (图 1) 从励磁场中过滤出来, 通过凹槽过滤器传递到控制阶段。在这里, 可编程滤波器和电光相位调制器 (由射频信号发生器的放大信号驱动) 的串联可以用来操纵状态。在处理阶段, 将滚轮和信号光子通过 DWDM 路由到单独的单光子探测器, 并利用定时电子测量延时。请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 与 signal-2 和 idler-2 频率模式对应的光子对所测量的重合率 (顶部) 和巧合比 (车) (底部) 作为提高谐波锁模脉冲重复速率的函数励磁.由于脉冲形状和峰值功率维持在不同的重复速率下, 在汽车基本保持时, 重合率呈线性增长。汽车的轻微减少和其不完全线性下降, 归咎于小偏差的目标励磁功率。误差条对应于为五测量计算的标准偏差。请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: 通过电光相位调制 (顶部) 和例子密度矩阵重建的 D = 3 (底部) 生成边.(a) 由电光调制器作为频率
的函数产生的频边带, 其侧频带由调制信号的频率间隔. 
FSR: 一个微型环形谐振器的自由谱范围的例子。(b) 实验密度矩阵重建的 D = 3 频率-bin 纠缠双光子状态 (真实和虚构的部分在左和右, 分别)。请单击此处查看此图的较大版本.
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Discussion
光频域, 通过 QFCs, 在量子应用中是有利的, 原因很多。操作是全局的, 同时对所有状态执行, 这会导致在状态维度增加时不会扩展大小或复杂性的设计。随着组件可以在不改变安装的情况下进行重新配置, 并且能够通过开发现有的和/或开发的半导体和电信基础设施集成到芯片上, 这一点得到了加强。其他光学微腔的生成技术也可以采用, 如二阶非线性微腔28、微盘29、光子晶体波导30、31等。
励磁方案的进展将为高生产率铺平道路, 为量子信息处理应用提供必要的服务。虽然在较高的谐波频率下, 我们的发电方案的生产速度可以通过锁模提高, 但超模噪声会导致这种高重复率的不稳定性。这种噪声的抑制可以实现的技术, 如腔长度调制32,33, 非线性补偿34, 和高技巧的超模过滤技术35,36。
系统的改进将导致更高的光子生产速率。控制部分的总损失为 14.5 db (1 db 用于陷波器, 第一个可编程滤波器 4.5 db, 相位调制器 3.5 db, 第二个可编程滤波器的 4.5 db)。生产率可以通过可实现的损失减少而增加许多倍--通过将安装中使用的许多控制组件集成到单个紧凑、低损耗的光学芯片中, 能够随时获得 5 dB 的改进。
通过更好的目标边带创建, 改进了频率模式混合控制, 将提供更有效的闸门和更高的生产速率。由于概率散射取决于调制驱动信号 (模式, 频率, 振幅) 和电光调制器的规格, 这些必须在领域有效地重叠模式 (产生侧带) 在预期的混合频率要求的射频 (GHz) 信号速度, 最先进的电压放大器和低
相位调制器。
现有的可编程滤波器在频谱带宽和分辨率上受到限制;原始演示中使用的设备的带宽从 1527.4 nm 到 1567.5 nm, 分辨率为 12.5 GHz。使用 200 GHz 的微环 FSR, 此可编程滤波器提供10信号和10个滚轮频率的访问。这些量子态的维数可以很容易地达到
(相当于多达14位比特) 的值, 并可编程滤波带宽/分辨率和光学腔的 FSR-所有这些都没有增加安装的足迹。.
本文介绍了 QFC 平台, 以紧凑、可重构、 实用的方式演示了复杂量子态的生成和控制。我们的方案的亮点是能够在单一组件的所有状态下实现纯单光子和全局操作的高生成率, 允许以大规模生产、低成本、集成的光子芯片的形式进行可伸缩性, 并可访问电信组件。利用这一 QFC 平台, 对量子信息处理技术进行了重要的步骤。高速率的量子通信可以通过多路信道实现, 从而能够以非常有效的速率传输安全的信息, 而高维量子计算是一个发展领域, 可以帮助克服基于量子比特的局限性。计算37。
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Acknowledgments
我们感谢 r. Helsten 的技术洞察力;p 从 QPS Photronics 的帮助和加工设备;以及 QuantumOpus 和 n 贝尔托光电元件的支持和为我们提供最先进的光子检测设备。这项工作是由下列资金来源作出的: 加拿大自然科学和工程研究理事会 (NSERC) (Steacie、战略、发现和加速赠款计划、Vanier 加拿大研究生奖学金、USRA 奖学金);Mitacs (IT06530) 和 PBEEE (207748);MESI SIIRI 倡议;加拿大研究椅项目;澳大利亚研究委员会发现项目 (DP150104327);欧洲联盟的地平线2020在玛丽玛丽·斯卡洛多斯卡·居里-居里赠款下的研究和创新计划 (656607);(城大 SRG-Fd 计划 (7004189);中国科学院战略优先研究项目 (XDB24030300);欧洲联盟 FP7 方案 INCIPIT (PIOF-GA-2013-625466) 下的《人民方案》 (居里夫人行动);俄罗斯联邦政府通过 ITMO 研究金和教授方案 (赠款 074-U 01);1000人才四川项目 (中国)
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Superconducting Nanowire Single-Photon Detector System | Quantum Opus | Opus One | |
| Electro-optic phase modulator | EO-Space | Low loss model | |
| Programmable filter | Finisar | WaveShaper 4000s | |
| Timing electronics | PicoQuant | HydraHarp 400 | |
| Micro-ring resonator | 200 GHz FSR micro-ring resonator made from high refractive index glass. See Ref. 24 for platform details. | ||
| Erbium-doped fiber amplifier | Keopsys | PEFA-SP-C-PM-27-B202-FA-FA | |
| Electro-optic amplitude modulator | Oclaro | SD40 | |
| RF tone source | Rohde & Schwarz | SMP 04 | |
| RF tone amplifier | RF-Lambda | RFLUPA27G34GA | |
| Function generator | Tetronix | AFG 3251 | |
| Isolator | General Photonics | NISO-S-15-SS-FC/APF | |
| Oscilloscope | Tetronix | TDS5052B | |
| Photodiode | Finisar | XPDV 50 GHz | |
| DWDM | OptiWorks | DWFUQUMD08BN | |
| Power supply | Madell | CA18303D |
References
- Kimble, H. J. The quantum internet. Nature. 453 (7198), 1023-1030 (2008).
- Knill, E., Laflamme, R., Milburn, G. J. A scheme for efficient quantum computation with linear optics. Nature. 409 (6816), 46-52 (2001).
- Israel, Y., Rosen, S., Silberberg, Y. Supersensitive Polarization Microscopy Using NOON States of Light. Physical Review Letters. 112 (10), 103604 (2014).
- Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. Quantum Computing. Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).
- Schaeff, C., Polster, R., Lapkiewicz, R., Fickler, R., Ramelow, S., Zeilinger, A. Scalable fiber integrated source for higher-dimensional path-entangled photonic quNits. Optics Express. 20 (15), 16145 (2012).
- Thew, R., Acin, A., Zbinden, H., Gisin, N. Experimental realization of entangled qutrits for quantum communication. Quantum Information and Computation. 4 (2), 93 (2004).
- Pasquazi, A., et al. Micro-combs: A novel generation of optical sources. Physics Reports. , (2017).
- Caspani, L., et al. Multifrequency sources of quantum correlated photon pairs on-chip: a path toward integrated Quantum Frequency Combs. Nanophotonics. 5 (2), 351-362 (2016).
- Kues, M., et al. On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control. Nature. 546 (7660), 622-626 (2017).
- Olislager, L., et al. Frequency-bin entangled photons. Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics. 82 (1), 1-7 (2010).
- Lu, Y. J., Campbell, R. L., Ou, Z. Y. Mode-Locked Two-Photon States. Physical Review Letters. 91 (16), 1636021-1636024 (2003).
- Reimer, C., et al. Integrated frequency comb source of heralded single photons. Optics Express. 22 (6), 6535-6546 (2014).
- Reimer, C., et al. Cross-polarized photon-pair generation and bi-chromatically pumped optical parametric oscillation on a chip. Nature Communications. 6, 8236 (2015).
- Grassani, D., et al. Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons. Optica. 2 (2), 88 (2015).
- Reimer, C., et al. Generation of multiphoton entangled quantum states by means of integrated frequency combs. Science. 351 (6278), 1176-1180 (2016).
- Mazeas, F., et al. High-quality photonic entanglement for wavelength-multiplexed quantum communication based on a silicon chip. Optics Express. 24 (25), 28731 (2016).
- Imany, P., et al. Demonstration of frequency-bin entanglement in an integrated optical microresonator. Conference on Lasers and Electro-Optics. 62 (19), JTh5B.3 (2017).
- Roztocki, P., et al. Practical system for the generation of pulsed quantum frequency combs. Optics Express. 25 (16), 18940 (2017).
- Haus, H. A. Mode-locking of lasers. IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. 6 (6), 1173-1185 (2000).
- Walmsley, I., Raymer, M. Toward Quantum-Information Processing with Photons. Science. 307, 1733-1735 (2005).
- Olislager, L., Woodhead, E., Phan Huy, K., Merolla, J. M., Emplit, P., Massar, S. Creating and manipulating entangled optical qubits in the frequency domain. Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics. 89 (5), 1-8 (2014).
- Finisar WaveShaper Software. , Available from: https://www.finisar.com/optical-instrumentation (2018).
- Capmany, J., Fernández-Pousa, C. R. Quantum model for electro-optical phase modulation. Journal of the Optical Society of America B. 27 (6), A119 (2010).
- Stocklin, F. Relative sideband amplitudes versus modulation index for common functions using frequency and phase modulation. , (1973).
- Thew, R. T., Nemoto, K., White, A. G., Munro, W. J. Qudit quantum-state tomography. , 1-6 (2002).
- Moss, D. J., Morandotti, R., Gaeta, A. L., Lipson, M. New CMOS-compatible platforms based on silicon nitride and Hydex for nonlinear optics. Nature Photonics. 7 (8), 597-607 (2013).
- Caspani, L., et al. Integrated sources of photon quantum states based on nonlinear optics. Light: Science & Applications. 6 (11), e17100 (2017).
- Guo, X., Zou, C., Schuck, C., Jung, H., Cheng, R., Tang, H. X. Parametric down-conversion photon-pair source on a nanophotonic chip. Light: Science & Applications. 6 (5), e16249 (2016).
- Jiang, W. C., Lu, X., Zhang, J., Painter, O., Lin, Q. Silicon-chip source of bright photon pairs. Optics Express. 23 (16), 20884 (2015).
- Xiong, C., et al. Slow-light enhanced correlated photon pair generation in a silicon photonic crystal waveguide. Optics Letters. 36 (17), 3413 (2011).
- Kumar, R., Ong, J. R., Savanier, M., Mookherjea, S. Controlling the spectrum of photons generated on a silicon nanophotonic chip. Nature communications. 5, 5489 (2014).
- Shan, X., Cleland, D., Ellis, A. Stabilising Er fibre soliton laser with pulse phase locking. Electronics Letters. 28 (2), 182 (1992).
- Shan, X., Spirit, D. M. Novel method to suppress noise in harmonically modelocked erbium fibre lasers. Electronics Letters. 29 (11), 979-981 (1993).
- Thoen, E. R., Grein, M. E., Koontz, E. M., Ippen, E. P., Haus, H. A., Kolodziejski, L. A. Stabilization of an active harmonically mode-locked fiber laser using two-photon absorption. Optics Letters. 25 (13), 948 (2000).
- Harvey, G. T., Mollenauer, L. F. Harmonically mode-locked fiber ring laser with an internal Fabry-Perot stabilizer for soliton transmission. Optics Letters. 18 (2), 107 (1993).
- Gee, S., Quinlan, F., Ozharar, S., Delfyett, P. J. Simultaneous optical comb frequency stabilization and super-mode noise suppression of harmonically mode-locked semiconductor ring laser using an intracavity etalon. IEEE Photonics Technology Letters. 17 (1), 199-201 (2005).
- Babazadeh, A., et al. High-Dimensional Single-Photon Quantum Gates: Concepts and Experiments. Physical Review Letters. 119 (18), 1-6 (2017).
