Photonic circuits for iterative decoding of a class of low-density parity-check codes
光子电路中，有状态的组件耦合通过引导电磁场是自然的候选人的本地实现的迭代随机算法的基础上传播的信息在一个图形。相反，这种消息传递算法提出了用于信号处理和计算的新颖电路架构，其与纳米光子器件物理学很好地匹配。在这里，我们构建和分析的光子电路迭代解码的一类低密度奇偶校验（LDPC）码称为扩展码的量子光学模型。我们的电路可以被理解为一个开放量子系统，其自主动力学直接映射到LDPC解码方案的子程序上，具有几个有吸引力的特征：它可以在量子波动变得显著的光子学的超低功率状态下操作，对噪声和组件缺陷是鲁棒的，实现了与用于这类码的已知迭代算法相当的性能，并且提供了纳米光子腔量子电动力学部件如何能够实现有用的新信息技术的有益示例，即使它们所基于的固态量子比特严重失相并且不能支持大规模纠缠。
2013-06-03 quant-ph
Error-mitigated photonic quantum circuit Born machine
针对光子系统中光子损失导致的 QCBM 训练退化问题，提出线性光学 QCBM，并通过模拟与光子集成处理器实验验证回收缓解技术可显著提升训练效果。
2025-03-18 quant-ph
GraphiQ: Quantum circuit design for photonic graph states
GraphiQ是一个多功能开源Python框架，用于设计光子图态生成方案，支持在电路缺陷下优化并自定义目标，助力测量型量子计算等量子技术发展。
2024-08-23 quant-ph
A hybrid waveguide scheme for silicon-based quantum photonic circuits with quantum light sources
提出了一种混合硅波导方案，以避免在量子光源的量子光子电路应用场景中泵浦光引起的噪声光子的影响。该方案由条形波导和浅脊波导结构组成。它利用了这两种波导中自发四波混频（SFWM）产生的双光子谱的差异。通过适当的泵浦设置和信号/空闲波长选择，所需光子对的产生被限制在条形波导中。这样可以避免在浅脊波导中SFWM产生的噪声光子的影响。因此，利用浅脊波导可以实现各种泵浦光和量子态操纵的线性操作器件。理论分析和初步实验验证了该方案的可行性。提出并分析了两种应用，展示了其在硅基量子光子电路中的巨大潜力。
2019-11-27 quant-ph
Modal and Polarization Qubits in Ti:LiNbO$_3$ Photonic Circuits for a Universal Quantum Logic Gate
锂酸盐光子电路具有允许在单个芯片上容纳光子的产生、传输和处理的有益特性。像这样的紧凑型光子电路，具有集成在单个芯片上的多个组件，对于有效地实现量子信息处理方案至关重要。我们提出了一套基本的变换，是有用的操纵模式量子比特在Ti：铌酸锂$_3$光子量子线路。这些包括模式分析器，一种将状态的偶数和奇数分量分成两个单独的空间路径的设备;模式旋转器，它在模式空间中旋转状态一个角度;和模态泡利自旋算子，影响相关的操作。我们还描述了一个确定性的，双量子位，单光子，CNOT门，在某些通用量子逻辑门的关键元素的设计。它被实现为Ti：LiNbO $_3$光子量子线路，其中单个光子的偏振和模式数分别用作控制和目标量子比特。结果表明，在CNOT电路中增加一条额外的路径，可以有效地消除色散对CNOT电路的影响，并通过数值仿真验证了这些元件的性能。这些变换的实现依赖于单模和双模波导之间的选择性和可控的功率耦合，以及铌酸锂$_3$中普克尔斯系数的偏振灵敏度。
2010-09-22 quant-ph
3D compact photonic circuits for realizing quantum state tomography of qudits in any finite dimension
在这项工作中，我们提出了三维光子电路的设计，保证了相当大的减少电路的复杂性的目的，执行量子态断层扫描的N维路径qudits。在这项工作中选择的POVM（正算子值测度）确保，对于奇数维，这样的过程是最小的。我们的建议包括将形成电路的波导组织为由N个垂直扇区形成的正方形阵列，每个扇区由N个波导组成，在垂直方向上排列。基于所选择的POVM的对称性，作用于初始量子系统的干涉仪可以被分成三个不同的幺正操作序列。这些操作独立地作用于电路的每个垂直扇区或层，这简化了它们的确定。因此，我们已经获得了这样的电路，使得分束器的数量服从与量子系统维度的3次多项式函数，而在目前的建议中，这个数量随着4次多项式函数而增长。此外，在我们的方案中，光学深度从量子系统维数的二次函数降为一次函数。这些结果证实了在我们的建议中的光子电路的复杂性显着降低。
2020-02-10 quant-ph
Time-Bin BB84 QKD System Using Indium Phosphide and Silicon Nitride Photonic Integrated Circuits
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
提出一种双芯片InP-SiN光子QKD系统，集成片上脉冲生成与可重构解码，实现时间-比特BB84协议，在150-250公里光纤上以kbps速率生成密钥，QBER低于4%。
2026-06-23 quant-ph
Waveguide single-photon detectors for integrated quantum photonic circuits
编码在单光子上的量子比特（qubit）的产生、操纵和检测是量子通信和光学量子信息处理的核心。单光子源、无源光学电路和单光子探测器的组合使得量子中继器和量子比特放大器成为可能，并且还形成了全光量子门和线性光学量子计算的基础。然而，将源、波导和检测器单片集成在同一芯片上，需要缩放到有意义的量子位数，这是非常具有挑战性的，之前关于量子光子电路的工作已经使用了外部源和检测器。本文提出了一种在半导体芯片上实现全集成量子光子电路的方法，并演示了这种电路的关键部件--波导单光子探测器。我们的探测器基于GaAs脊波导上的超导纳米线，在电信波长下提供高效率（20%），高定时精度（60 ps），响应时间在ns范围内，并且完全兼容单光子源，无源网络和调制器的集成。
2011-08-25 quant-ph
Device-to-protocol simulation of spectrally-resolved quantum photonic circuits
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；GDSFactory；Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学）
本文提出PhoQuS框架，结合多类模型仿真量子光子电路，通过协方差-格拉姆约简降低读出成本，在连续、离散变量态制备中验证其性能，实现器件物理到协议级性能的关联。
2026-10-14 quant-ph
Circuit QED: single-step realization of a multiqubit controlled phase gate with one microwave photonic qubit simultaneously controlling $n-1$ microwave photonic qubits
提出了一种利用微波光子量子比特同时控制$n-1$目标微波光子量子比特实现多目标量子比特受控相位门的新方法。该门是用耦合到超导通量quutrit的$n$微波腔实现的。每个腔都有一个微波光子量子比特，它的两个逻辑态分别由单个腔模的真空态和单光子态表示。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被极大地抑制。该方案只需要一个单步操作，因此门的实现非常简单。门操作时间与量子比特的数量无关。此外，该方案不需要施加经典脉冲或任何测量。数值模拟结果表明，利用现有的电路QED技术，可以实现一个微波光子量子比特同时控制两个目标微波光子量子比特的受控相位门的高保真实现。该方案具有很好的通用性，可以应用于多种物理系统中，如多个微波或光腔耦合到自然或人工$Λ$型三能级原子中。
2019-10-18 quant-ph
Generation of photonic tensor network states with Circuit QED
我们提出了一个电路QED平台和协议来确定性地产生微波光子张量网络态。我们首先证明了用微波腔作为辅助腔，用transmon量子比特作为发射极是一个很好的产生光子矩阵乘积态的平台。辅助腔结合了一个大的可控希尔伯特空间与长的相干时间，我们预测转化为大量的纠缠光子和具有高键维的状态。超越这种范式，我们然后考虑这个平台的自然推广，其中几个腔量子比特对耦合形成一个链。由此产生的光子态以二维纠缠结构为特征，并且可以被解释为$\textit{radial plaquette}$投影纠缠对态[Wei，Malz和Cirac，Phys.Rev.Lett. 128，010607（2022）]，其包括许多范例状态，诸如广泛类别的等距张量网络状态、图形状态和弦网络状态。
2022-02-28 quant-ph
Theory-agnostic nonclassicality certification in an integrated photonic circuit
University of Gdańsk（格但斯克大学）；Griffith University（格里菲斯大学）；Sapienza Università di Roma（罗马大学）；Sparrow Quantum（麻雀量子）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理柏拉图研究所）；Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本文在三模集成光子电路上，通过结合理论无关层析成像与单纯形可嵌入性认证，实现了不依赖基础物理理论假设的非经典性认证，为可扩展量子技术提供了稳健证据。
2026-09-17 quant-ph
Implementation of controlled SWAP gates for quantum fingerprinting and photonic quantum computation
我们提出了一个利用单光子脉冲到一个被囚禁原子的双面腔中实现量子控制SWAP门的方案。所得到的门可以用来实现量子指纹和通用的光子量子计算。该方案的性能的特点是在现实的实验噪声的要求，以及在目前的技术范围内。
2006-10-08 quant-ph
Design and characterization of integrated components for SiN photonic quantum circuits
设计，制造，和详细的校准的基本积木走向完全集成的线性光学量子计算进行了讨论。光子器件由氮化硅脊形波导制成，其中对环形谐振器的测量显示出小的传播损耗。定向耦合器被设计成对制造变化不敏感。测量它们的偏移和耦合长度，以及透射光和反射光之间的相位差。通过仔细校准，定向耦合器的插入损耗被发现是小的。最后，集成的受控非电路的特征在于通过输入和输出的不同组合来测量传输。在后选择之后，用该电路进行CNOT操作的门保真度估计为99.81%。这种高保真度归功于我们稳健的设计、良好的制造再现性和广泛的表征。
2016-03-02 quant-ph
Recursive multiport schemes for implementing quantum algorithms with photonic integrated circuits
我们提出了递归多端口方案，实现量子傅里叶变换和格罗弗算法的反演步骤上的集成线性光学器件。具体地，每个方案示出了如何使用用于$d$模式上的相同操作的一对电路来执行$2d$模式上的量子操作。该电路对路径编码量子比特进行操作，并使用具有$O\left(d^2\right)$光学元件的线性光网络实现对这些状态的$d$维幺正变换。为了评估这些方案对实际误差的影响，我们使用硅基光子集成器件的简单制造模型进行了原理验证实验的模拟，该光子集成器件分别采用定向耦合器和热光调制器作为分束器和移相器。我们发现，高保真度的性能是可以实现的与我们的多端口电路的$2$ -qubit和$3$ -qubit量子傅立叶变换，和四项和八项数据库的量子搜索。
2016-01-10 quant-ph
Controlled teleportation via photonic Faraday rotations in low-Q cavities
本文提出了在低Q腔中利用光子法拉第旋转实现受控隐形传态协议的可行性实验方案。这些方案涉及叠加态的受控隐形传态和原子态的两粒子纠缠。这些信息被编码在三能级原子中，这些原子被光纤捕获在耦合腔中。同时，我们估计了这些方案的成功概率和当前的可行性。
2011-03-01 quant-ph
Input-output theory for superconducting and photonic circuits that contain weak retro-reflections and other weak pseudo-cavities
输入输出理论对于处理由传输线或波导连接的超导和光子电路是非常宝贵的。然而，该理论通常不能处理来自电路组件或分束器配置的回射产生用于连接系统的行波场的环路的情况。在这里，根据高夫和詹姆斯的网络收缩理论[Commun. Math.Phys.287，1109（2009）]，我们提供了一种紧凑且强大的方法来处理包含这种回路的任何回路，只要由回路形成的有效腔足够弱。基本上，只要形成环路的反射器不是特别高的反射，所有当今的片上超导和光子电路都将满足这种弱点条件。作为一个例子，我们分析了两个量子比特之间的传输纠缠与不完美的循环器的传输线连接的问题，新方法是必不可少的问题。我们得到一个完整的解决方案的最佳接收器，发送方采用一个简单的打开/关闭。该解决方案表明，即使具有显著的回射，也可以实现近乎完美的透射。
2018-06-07 quant-ph
Implementation of a quantum controlled-SWAP gate with photonic circuits
量子信息科学研究信息的处理和传输如何受到独特的量子力学现象的影响。双量子比特门的组合已经被用来实现量子线路，然而，可扩展性成为一个关键问题。三量子比特门的使用可以极大地简化量子线路的结构。其中，受控交换（Fredkin）门是必不可少的，因为它们可以直接应用于重要的协议，例如，纠错、指纹识别和最佳克隆。在这里，我们报告的光子量子比特的Fredkin门的实现。对于3光子Greenberger-Horne-Zeilinger态，我们在计算基础上实现了0.85的保真度和0.81的输出态保真度。估计的过程保真度为0.77，表明我们的Fredkin门可以应用于各种量子任务。
2017-04-05 quant-ph
Hybrid and scalable photonic circuit cavity quantum electrodynamics
提出一种集成半导体量子点与薄膜铌酸锂微环谐振腔的混合固态cQED平台，通过电光特性实现QDs与腔模式同步光谱调谐，实现确定性片上单光子发射并维持稳定Purcell因子，推进大规模芯片量子网络应用。
2025-04-07 quant-ph
Proposal of a two-qubit quantum phase gate for quantum photonic integrated circuits
提出了一种基于光子脉冲从腔中的量子点反射的双量子比特量子相位门方案。根据量子点的状态，反射的光子获得有条件的相移。关键成分是通过电场对量子点能量的超快控制，这允许将激子和双激子连续调谐到与腔模式共振。门的完整动态模拟揭示了约0.9的保真度。所提出的方案使用位置编码，因此非常适合在集成光子量子处理器中实现。
2012-07-20 quant-ph
An integrated photonic circuit for color qubit preparation by third-order nonlinear interactions
本文提出了一种可行的集成光子电路的设计，该电路通过三阶非线性差频产生（DFG）过程进行单量子比特的制备和旋转，并在时间模式基础上进行定义。我们的电路的第一阶段包括产生预示着单光子的自发四波混频在一个微环腔设计提供一个独特的时间模式的单光子状态。第二阶段包括在具有受控色散特性的螺旋波导中实现DFG，以达到接近于1的颜色量子位制备保真度。我们提出了与DFG过程相关的广义旋转算子，用于设备设计的方法，以及作为用户可访问参数的函数的量子位制备保真度结果。
2022-07-19 quant-ph
Photon-pair blockade in a Josephson-photonics circuit with two nondegenerate microwave resonators
我们提出在一个由直流电压偏置的约瑟夫森结串联一个超导电荷量子比特和两个非简并微波谐振器组成的约瑟夫森光子电路中产生光子对阻塞。两级电荷量子比特被用来创建电荷传输的双态关系，也就是说，同时发生的库珀对隧穿事件被抑制。当约瑟夫森频率与电荷量子比特和两个共振器的共振频率之和相匹配时，我们证明了两个共振器可以以两个强关联光子的反聚束对的形式释放能量.本工作提供了一种实用的方法来产生一个明亮的微波源的反聚束光子对，具有潜在的应用范围从光谱学和计量学的量子信息处理。
2022-03-29 quant-ph
Efficient scheme for generation of photonic NOON states in circuit QED
我们提出了一个利用两个谐振腔耦合到四能级超导磁通器件产生光子NOON态的有效方案。该提议基本上通过采用耦合器设备同时与两个谐振器谐振地相互作用的技术来操作。因此，NOON状态准备仅需要$N+1$操作步骤，因此与最近的提议相比要快得多[Q. P. Su等人，Scientific Reports 4，3898（2014）]，需要$2N$操作步骤。此外，由于仅使用两个谐振器和一个设备，与之前需要三个谐振器和两个超导量子位/量子位的提议相比，实验设置大大简化。
2015-06-19 quant-ph
Variational learning of integrated quantum photonic circuits
本文提出一种面向集成光子电路的变分学习方法，将后选择与基本光子元件直接纳入训练，把复杂电路作为单个非线性逻辑算子进行统一设计，并在芯片上实时优化参数，成功演示了单辅助CNOT门设计和首次集成光子量子随机模拟。
2024-11-19 physics.comp-ph quant-ph
GaAs integrated quantum photonics: Towards dense and fully-functional quantum photonic integrated circuits
集成量子光学的最新进展为利用光子进行量子信息处理的集成平台的发展奠定了基础，并在量子模拟中具有潜在的应用。在正在研究的不同材料平台中，直接带隙半导体，特别是砷化镓（GaAs）提供了最广泛的功能，包括通过辐射复合产生单光子和纠缠光子，低损耗路由，电光调制和单光子检测。本文综述了GaAs量子光子学关键构件的最新进展，以及它们在全功能和密集集成的量子光子电路中的完全集成的前景。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity operation of quantum photonic circuits
我们展示了光子量子线路，在严格的水平，将需要为未来的量子信息科学和技术。这些电路由硅基硅波导制成，形成定向耦合器和干涉仪。虽然我们的重点是量子线路的操作，但要测试这种操作，需要建造一个光谱调谐的光子源，以产生几乎相同的光子对。我们展示了两个光子的非经典干涉和一个双光子纠缠逻辑门，它们以近单位的保真度工作。这些结果是光子量子线路走向大规模运行的重要一步。
2010-04-05 physics.optics quant-ph
Optimal photonic crystal cavities for coupling nanoemitters to photonic integrated circuits
用成熟的半导体技术制造的光子集成电路对于实现可扩展的量子技术具有很大的希望。量子发射器和纳米光子器件之间的有效接口是在硅芯片上实现这种实现的关键构件。这些接口可以实现为具有高品质因数和波长尺度模体积的纳米束光学腔，从而提供纳米级量子发射器和纳米光子电路之间的增强的耦合。实现这样的谐振结构对于可见光波长范围是特别具有挑战性的，其中许多当前考虑的量子发射器工作，并且如果期望与现代半导体纳米制造工艺兼容。在这里，我们表明，光子晶体纳米梁腔的可见光谱可以设计和制造直接在衬底上具有高的品质因数和小的模式体积。我们比较基于确定性和模式匹配方法的设计，并发现后者有利于基板上实现。我们的研究结果铺平了道路，将量子发射器与纳米光子电路应用于量子技术。
2019-09-05 physics.optics quant-ph
Universal low-depth two-unitary design of programmable photonic circuits
Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Sber Quantum Technology Center（Sber量子技术中心）
本文提出了一种低深度双酉设计的可编程光子电路，通过将非酉矩阵表示为两个酉的和，实现了高效且可分析的矩阵-向量乘法。
2026-01-12 physics.optics quant-ph
Specification of photonic circuits using Quantum Hardware Description Language
简单的观察，一组量子光输入输出设备的互连可以指定使用结构模式超高速集成电路硬件描述语言（VHDL），我们演示了一个计算机辅助的示意图捕获工作流程建模和模拟多组件光子电路。我们描述了一个算法解析电路的描述，推导出量子运动方程，说明我们的方法使用简单的例子，基于线性和腔非线性光学元件，并展示了计算方法，分层模型简化。
2011-11-14 physics.optics quant-ph
Finding Photonics Circuits via $δ$-weakening SMT
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CentraleSupélec（中央理工-高等电力学院）；ENS Paris-Saclay（巴黎萨克雷高等师范学院）；Inria（法国国家数字与创新研究院）；Laboratoire Méthodes Formelles（形式方法实验室）
本文提出利用δ-弱化SMT求解器dReal，设计一种工具来寻找并优化光子电路，以模拟量子计算逻辑门。
2025-09-15 cs.LO quant-ph
Thermally-Reconfigurable Quantum Photonic Circuits at Telecom Wavelength by Femtosecond Laser Micromachining
集成量子光子学在电信波段的重要性在于与为经典通信开发的光网络基础设施接口的可能性。在此框架下，飞秒激光写入集成光子电路，已经评估的量子信息实验在800 nm波长范围内，有很大的潜力。事实上，这些写在玻璃中的电路可以在电信波长处与输入/输出耦合光纤完美地模式匹配，这是未来量子光网络中低损耗处理节点的关键要求。此外，对于一些应用，量子光子器件还需要动态可重构。在这里，我们实验证明了高性能的飞秒激光写入光子电路的量子实验中的电信波段，我们展示了使用的热移位器，也制造了相同的飞秒激光器，以准确地调整它们。国家的最先进的单光子和双光子状态的操纵被证明，与条纹活力大于95%。这为在该技术平台上实现可重构量子光子电路开辟了道路。
2015-12-14 physics.optics quant-ph
Ultrabroadband nonreciprocal transverse energy flow of light in linear passive photonic circuits
利用一种类似于原子系统中相干布居捕获的技术，我们提出了在由三个耦合波导组成的光子电路中创建违反左右对称性的横向光传播的方案。左右能量流对称性破缺的频率窗口跨度超过80 nm。我们提出的系统只使用线性无源光学材料，易于集成在芯片上。
2013-11-01 physics.optics quant-ph
Laser written waveguide photonic quantum circuits
我们报告光子量子线路创建使用超快激光加工技术，是快速的，不需要光刻掩模，可用于创建三维网络的波导器件。我们已经表征了定向耦合器--光子量子线路的关键功能元件--并发现它们的性能与光刻生产的波导器件一样好。我们进一步展示了高性能的干涉仪和一个重要的多光子量子干涉现象的第一次在集成光学。这种直接写入方法将使复杂的量子光学电路及其扩展到三维的快速发展成为可能。
2009-07-02 physics.optics quant-ph
Fault-Tolerant Directional Couplers for State Manipulation in Silicon Photonic-Integrated Circuits
光子集成电路在通信、传感、测距和信息处理等当前和未来的应用中发挥着核心作用。光子量子计算也可能需要集成光学架构来提高稳定性、可扩展性和性能。容错量子计算要求非常精确和鲁棒的量子门。在这项工作中，我们展示了高保真定向耦合器的单量子位门的光子集成波导，利用一种新的方案失谐调制复合段。具体的设计，以减少对波长的变化和现实世界中的波导宽度和深度的几何制造误差的敏感性。实验证明了增强的波长容限。这一概念显示出作为集成量子光学架构的一部分的缩放高保真门的巨大前景。
2022-04-07 physics.optics quant-ph
Topological photonics on superconducting quantum circuits with parametric couplings
物质的拓扑相是现代凝聚态物理中的一个奇异现象，由于其独特的边界态和输运性质而引起了人们的广泛关注。最近，电子材料中的这种拓扑概念已被应用于物理学的许多其他领域。受设计和控制光学、微波和声音频率的电磁波的行为的启发，拓扑光子学成为一个快速发展的研究领域。由于超导量子线路系统的灵活性和多样性，它为实现物质的奇异拓扑相和探索拓扑保护效应提供了一个很有前途的平台。本文综述了拓扑光子学在超导量子线路中的理论和实验进展，包括超导传输线谐振器、超导量子比特以及它们之间的耦合系统的应用。在超导电路中，灵活的相互作用和固有的非线性使得该系统中的拓扑光子学不仅是新颖器件的拓扑效应的简单光子模拟，而且还是一个奇异但较少探索的基础物理领域。
2021-06-29 cond-mat.str-el quant-ph
Aluminum nitride waveguide beam splitters for integrated quantum photonic circuits
我们展示了量子器件集成光子电路使用溅射多晶氮化铝（AlN）绝缘体。制作了量子光子学中最重要的器件之一的片上AlN波导定向耦合器，其输出功率分束比为50：50 ~ 99：1。利用AlN定向耦合器实现了消光比大于10 dB的偏振分束器。利用所制备的AlN波导分束器，我们观察到了可见度为91.7 +（-）5.66%的Hong-Ou-Mandel干涉。
2022-08-02 physics.optics quant-ph
Zero-power calibration of photonic circuits at cryogenic temperatures
超导光子探测技术在量子光子学中的不断成功使低温兼容系统成为完全量子光子集成的基石。在这里，我们提出了一种方法来可逆地微调个别波导结构的光学特性，通过局部改变其几何形状，使用固化氙。从本质上讲，我们不需要额外的片上校准元件，有效地将与可重构元件相关的功耗归零，几乎不会损害光子器件的性能。我们能够在压力控制环境中实现无源电路调谐，局部操纵光波导部分上的包层厚度。我们在低温环境中实现了这一点，通过控制氙气的沉积，并使用升华精确调整其厚度，由片上电阻加热器触发。$π$相移仅在计算长度$L_π$ = 12.3 $\pm$ 0.3 $μm$上发生。这项工作为将紧凑、可重构的光子电路与超导探测器、设备或其他设备集成在一起铺平了道路。
2021-05-11 physics.optics quant-ph
Deterministic photonic quantum computation in a synthetic time dimension
光子学作为量子信息处理的衬底提供了独特的优势，但也带来了基本的可扩展性挑战。非确定性方案强加了大量的资源开销，而确定性方案需要过多的相同量子发射器来实现相当大的量子线路。在这里，我们提出了一个可扩展的结构，光子量子计算机，需要最少的量子资源来实现任何量子线路：一个单一的相干控制的原子。光开关通过调制光子-原子耦合，赋予光子量子态一个合成的时间维度。应用于原子量子比特的量子操作可以通过投影测量传送到光子量子比特上，并且任意的量子线路可以被编译成这些传送操作的序列。这种设计不需要将许多相同的量子发射器集成到光子电路中，并允许光子量子比特之间的有效全对全连接。所提出的设备具有独立于量子线路深度的机器尺寸，不需要单光子探测器，确定性地操作，并且对实验缺陷具有鲁棒性。
2021-01-19 physics.optics quant-ph
Independent indistinguishable quantum light sources on a reconfigurable photonic integrated circuit
我们报告了一个紧凑的，可扩展的，量子光子集成电路实现多个，独立的InGaAs/GaAs量子发光二极管（QLED）与氮氧化硅波导电路相结合。然后，连接电路的每个波导可以由单独的、独立电接触的QLED激励。我们表明，从相邻的QLED的发射可以独立调谐到简并使用斯塔克效应，所产生的光子流是不可区分的。这使得芯片上的Hong-Ou-Mandel型干涉成为可能，这是许多光子量子信息处理方案所需要的。
2018-03-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Large-scale free-space photonic circuits in two dimensions
本文提出基于三个图案化液晶超表面的二维自由空间光子电路，可在恒定损耗下将单输入耦合至数百个模式并实现大规模酉映射与有限可重构性。
2025-02-19 physics.optics quant-ph
Superconducting cavity electro-optics: a platform for coherent photon conversion between superconducting and photonic circuits
利用超导电路的量子信息处理能力和光量子的远距离分布能力，有望实现复杂的大规模量子网络。在这样的方案中，超导和光子电路之间的相干和有效的量子换能器是至关重要的。然而，这样的量子换能器仍然是具有挑战性的，因为在当前方案中使用中间激发引入了额外的噪声并限制了带宽。在这里，我们实现了直接和相干之间的转换超导和光子电路的基础上的三重共振电光原理，与集成器件将超导和光学腔在同一芯片上。观察到电磁感应透明，表明微波和可见光之间的相干相互作用。内转换效率为25.9 \pm 0.3%，总转换效率为2.05 \pm 0.04%.超导腔电光具有宽的转换带宽和高的可扩展性，是实现集成混合量子线路和分布式量子计算的重要一步。
2018-05-14 physics.optics quant-ph
Heavy tails and pruning in programmable photonic circuits
针对大规模可编程光子电路中噪声损害保真度的问题，研究揭示旋转算子的重尾分布与枢纽移相器，提出通过剪枝冗余旋转构建高保真、高能效通用酉矩阵架构。
2022-08-03 cs.ET physics.optics quant-ph
Quantum Pattern Recognition in Photonic Circuits
Kipu Quantum（Kipu Quantum公司）
本文提出了一种通过简单的光路和光子数分布（如光子图案）的数据处理来表征光子态的机器学习方法。输入态由两个相干态和一个待研究的双模未知态组成。我们成功地训练了监督学习算法，该算法可以预测双模状态下的纠缠度，并对一个光子模式进行完整的层析成像，在所考虑的回归度量中获得了令人满意的值。
2021-12-07 cond-mat.mes-hall cs.LG quant-ph
Suspended gallium arsenide platform for building large scale photonic integrated circuits: Passive devices
硅基光子集成电路（PIC）在过去十年中取得的巨大成功自然引出了一个问题，即类似的制造过程是否可以应用于具有更理想光学特性的其他材料平台。在这项工作中，我们展示了个人的无源元件（光栅耦合器，波导，多模干涉仪和环形谐振器）必要的大规模集成电路中建立悬浮砷化镓（GaAs）。在悬浮GaAs中实现PIC是在具有严格器件约束的领域实现最佳系统性能的可行途径，例如用于艾级系统的节能收发器、集成电光梳状激光器、集成量子光子学、低温光子学和机电导波声光。
2019-12-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum Photonic Circuits Integrated with Color Centers in Designer Nanodiamonds
针对金刚石基量子光子器件制备难题，提出一种可确定性组装定制纳米金刚石色心的氮化硅光子电路集成技术，观测到硅空位色心的Purcell增强，为可扩展制造大规模量子光子电路铺路。
2023-10-04 physics.optics quant-ph
Deterministic photon source interfaced with a programmable silicon-nitride integrated circuit
我们开发了一个量子光子平台，该平台将高质量的量子点单光子源和氮化硅制成的低损耗光子集成电路互连。该平台的特点和编程演示各种多光子应用，包括玻色子抑制法和光子纠缠产生。结果表明，一个有前途的技术路线向前扩展的光子量子硬件。
2023-02-13 physics.optics quant-ph
NbTiN superconducting nanowire detectors for visible and telecom wavelengths single photon counting on Si3N4 photonic circuits
我们展示了铌钛氮化物超导纳米线图案化学计量氮化硅波导检测可见光和红外光子。在硅衬底上的绝缘体上使用氮化硅使我们能够同时实现可见光和红外线的光子电路，并将它们与纳米线检测器直接集成在芯片上。通过在该材料平台中实现行波检测器几何形状，我们实现了两种波长范围的高效单光子检测。我们的探测器是集成量子光学器件的理想选择，因为它们在宽带透明波导材料上提供了至关重要的功能。
2013-02-04 physics.optics quant-ph
Quantum noise in large-scale coherent nonlinear photonic circuits
提出了一种研究大规模光路中量子噪声的半经典模拟方法。电路求解器用于生成定义一组随机微分方程的矩阵，其中谐振器场变量表示维格纳准概率分布的随机采样。虽然半经典的方法涉及到大光子数近似，一个和两个谐振器电路的测试表明，令人满意的协议之间的半经典和全量子模拟结果的参数制度的利益。半经典模型被用来模拟一个包含88个谐振器和数百个元件的大规模电路中的随机误差，并作为一个4位纹波计数器。作为通态光子数的函数的错误率进行检查，并且观察到量子波动幅度不会随着信号通过电路传播而增加，这是可扩展性的一个重要属性。
2014-05-27 physics.optics quant-ph
Topologically protected valley-dependent quantum photonic circuits
拓扑光子学已经被引入作为集成光学的强大平台，因为它可以处理鲁棒的光传输，并进一步扩展到量子世界。引人注目的是，拓扑光子结构中的谷对比物理有助于谷相关的边缘状态，它们的单向耦合，甚至拓扑结中的谷相关波分。在这里，我们设计和制造的纳米光子拓扑鱼叉形分束器（HSBS）的基础上$120$ -deg-bending接口和演示的第一个芯片上谷依赖的量子信息过程。利用我们的50/50 HSBS实现了双光子量子干涉，即HongOu-Mandel（HOM）干涉，该干涉具有高的$0.956 \pm 0.006$可见度。级联这种HSBS，我们还演示了一个简单的量子光子电路和路径纠缠态的产生。我们的工作表明，光子谷态可用于量子信息处理，利用谷态相关的光子拓扑绝缘体实现更复杂的量子线路是可能的，这为片上量子信息处理提供了一种新的方法。
2021-03-11 physics.optics quant-ph
Quantum interference in heterogeneous superconducting-photonic circuits on a silicon chip
量子信息处理为有效地通信和计算数据提供了巨大的希望。然而，将当前的光子实现方法扩展到更大的系统尺寸仍然是实现破坏性量子技术的一个突出挑战。量子信息处理器的两个主要组成部分是量子干涉和单光子探测器。在这里，我们开发了一个混合超导光子电路系统，以显示这些元素可以在硅芯片上以可扩展的方式组合。我们证明了这种方法的适用性集成量子光学干涉和检测光子对直接在芯片上波导耦合单光子探测器。使用氮化硅纳米光子波导实现的定向耦合器，我们观察到97%的干涉可见度时，测量光子统计与两个单片集成的超导单光子探测器。光子电路和探测器的制造工艺与标准的半导体薄膜技术兼容，使得在硅芯片上实现更复杂和更大规模的量子光子电路成为可能。
2015-11-22 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Large-scale quantum-dot-lithium-niobate hybrid integrated photonic circuits enabling on-chip quantum networking
提出一种将量子点单光子源与低损耗铌酸锂电路大规模集成的混合光子架构，利用薄膜铌酸锂压电特性实现片上光谱调谐，成功演示了空间分离单光子源间的量子干涉，为可扩展片上量子网络奠定基础。
2025-03-31 physics.optics quant-ph
Sagnac Tractor Atom Interferometer on Photonic Integrated Circuit
本文提出并理论研究了基于光子集成电路的萨格纳克牵引原子干涉仪，通过圆形波导倏逝场形成反向旋转光学晶格囚禁原子，并建立高效量子模型评估其非绝热性、保真度与灵敏度。
2025-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Simulation and Detection of Photonic Chern Insulators in One-Dimensional Circuit Quantum Electrodynamics Lattice
介绍了一种利用一维电路量子电动力学阵列实现和探测光子拓扑Chern绝缘体的简单方法。通过周期性地调制阵列的耦合，我们表明，这个一维模型可以映射到一个二维的陈省身绝缘体模型。除了允许光子陈省身绝缘体的研究，这种方法也提供了一个自然的平台，实现实验劳克林的泵的论点。基于拓扑绝缘体的散射理论和输入-输出形式，我们证明了可以直接探测光子边缘态，并且可以从反射系数相位的缠绕数来检测拓扑不变量。
2015-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal Unitary Photonic Circuits by Interlacing Discrete Fractional Fourier Transform and Phase Modulation
提出一种将酉矩阵分解为交错离散分数傅里叶变换与对角相移的通用光子架构，仅用 $N+1$ 个相位层表示任意酉算子，并给出梯度优化与集成光路实现方案。
2023-07-14 physics.optics quant-ph
