Utilizing photonic band gap in triangular silicon carbide structures for efficient quantum nanophotonic hardware
碳化硅由于其色心缺陷的长自旋相干性和单光子发射特性而成为量子信息材料平台中的主要材料之一。碳化硅在量子网络、计算和传感中的应用依赖于色心发射到单个光学模式中的有效收集。在这个平台上最近的硬件开发集中在角度蚀刻工艺，保留发射器的属性，并产生三角形的设备。然而，人们对这种几何结构中的光传播知之甚少。我们探索了光子带隙的形成与三角形截面的结构，这可以作为一个指导原则，在碳化硅开发高效的量子纳米光子硬件。此外，我们提出了三个领域的应用：TE通滤波器，TM通滤波器，和高反射率的光子晶体镜，它可以用于有效的收集和传播模式选择的光发射。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Surface passivation for narrowing optical linewidth of silicon T centers in nanophotonic devices
Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）
本研究采用原子层沉积Al₂O₃钝化硅表面，最多将纳米光子器件中硅T中心的光学线宽降低57%，为产生不可区分光子提供了CMOS兼容的路径。
2026-09-01 physics.optics quant-ph
Efficient and low-noise single-photon-level frequency conversion interfaces using silicon nanophotonics
光学频率转换的应用范围从可调谐光源到量子信息科学的窄带接口。在这里，我们展示了在纳米光子芯片上通过紧凑型（占地面积< 0.5 x 10^-4 cm ^2）Si 3 N4微谐振器中的四波混频布拉格散射实现的高效、低噪声频率转换。我们研究了三种频率转换配置：（1）在980 nm波段内几个纳米的光谱平移，（2）从1550 nm到980 nm的上转换，以及（3）从980 nm到1550 nm的下转换。在第一个过程的转换效率从25%到最后两个过程的转换效率> 60%的范围内，信号转换带宽> 1GHz，所需的连续波泵浦功率< 60 mW，背景噪声水平在几fW和几pW之间，这些器件适合于从InAs量子点的单光子态的量子频率转换。耦合模式方程和Lugiato-Lefever方程的基础上的模拟被用来模拟器件的性能，并显示与测量定量协议。
2015-10-08 physics.optics quant-ph
Isolating and enhancing the emission of single erbium ions using a silicon nanophotonic cavity
在长距离上分布量子纠缠的能力是量子技术的重要组成部分。固体中的单原子和类原子缺陷是理想的量子光源和存储纠缠的量子存储器。然而，开发远程量子网络的主要障碍是紫外和可见光谱中的典型原子跃迁能量与红外中光纤的低损耗传播带（大约1.5 $μ$ m）之间的不匹配。一个值得注意的例外是Er $^{3+}$离子，其1.5 $μ$ m跃迁用于驱动现代通信网络的光纤放大器中。然而，由于这种跃迁的电偶极禁戒性质导致的低于100 Hz的低光子发射速率，因此尚未实现与单个Er $^{3+}$离子的光学接口。在这里，我们证明了单一的Er $^{3+}$离子在固态主机的发射率可以提高300倍以上，使用小模式体积，低损耗的硅纳米光子腔。这种增强使得能够第一次清楚地观察到来自单个Er $^{3+}$离子的荧光。在一个小的频率范围内调谐激发激光器允许几十个不同的离子被寻址，并且磁场中的谱线分裂证实了光学跃迁与Er $^{3+}$离子的自旋耦合。这些结果是基于可扩展的硅纳米光子学架构的长距离量子网络和光子的确定性量子逻辑的重要一步。
2017-11-28 physics.optics quant-ph
Electrically Reconfigurable Silicon Carbide Nanophotonic Cavities on Thin-Film Lithium Niobate
The 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本研究构建了混合纳米光子平台，通过键合SiC纳米腔阵列到LNOI实现电调谐，以补偿腔无序与自旋非均匀性，为大规模集成量子光子学提供可重构自旋-光子接口
2026-08-04 physics.optics quant-ph
All-silicon quantum light source by embedding an atomic emissive center in a nanophotonic cavity
该研究在硅基纳米光子腔中嵌入单个原子发光中心，实现了首个全硅量子光源，具有超过30倍的发光增强、近一致的耦合效率和8倍的发射加速，为大规模集成量子光子学开辟了道路。
2023-01-17 quant-ph
Laser-induced spectral diffusion of T centers in silicon nanophotonic devices
本文研究硅光子晶体微腔中T中心的光学光谱扩散，通过时间相关测量发现黑暗中频率可稳定至3 ms，而低于硅带隙的激光脉冲是导致线宽展宽的主要机制，为不可区分光子产生提供了材料和反馈策略指导。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
High-efficiency and low-jitter Silicon single-photon avalanche diodes based on nanophotonic absorption enhancement
硅单光子雪崩二极管（SPAD）是在可见光和近红外范围内进行单光子探测的核心器件，在许多应用中得到了广泛的应用。然而，由于目前硅SPAD的结构设计和器件制造的限制，检测效率和定时抖动的关键参数往往被迫妥协。在这里，我们提出了一种纳米结构的硅SPAD，它实现了高检测效率，同时在很宽的光谱范围内具有出色的定时抖动。与传统的硅SPAD器件相比，光学和电学模拟显示出显着的性能增强。这种纳米结构的器件可以很容易地制造，因此非常适合于实际应用。
2015-05-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
An integrated nanophotonic quantum register based on silicon-vacancy spins in diamond
我们实现了一个基本的量子网络节点组成的硅空位（SiV）的颜色中心内的金刚石纳米腔耦合到附近的核自旋与100毫秒长的相干时间。具体来说，我们描述了实验技术和讨论的影响，应变，磁场，微波驱动，和自旋浴上的属性，这2量子位寄存器。然后，我们采用这些技术来产生SiV自旋和入射光子之间以及SiV自旋和附近的核自旋之间的Bell态。我们还讨论了控制技术和参数制度利用SiV纳米腔系统作为一个集成的量子网络节点。
2019-08-01 quant-ph
Telecom-band quantum optics with ytterbium atoms and silicon nanophotonics
由于光纤网络中的低传输损耗，电信窗口（~1.25-1.65微米）中的波长对于量子通信是理想的。为了实现在这些波长下运行的量子网络，需要开发能够高效耦合到电信波段光子的长寿命量子存储器。我们提出了一个耦合中性镱原子，这有一个强大的电信波长的过渡，硅光子晶体腔。具体来说，我们认为在中性171 Yb的3 P0 - 3D 1过渡接口的长寿命的核自旋在亚稳态3 P0的“时钟”状态的电信波段光子在1.4微米。我们发现，Yb原子可以被困在一个短波长（~470 nm）镊子在距离350 nm的硅光子晶体腔。在此距离下，由于在较长波长处的渐逝腔场的缓慢衰减，我们获得了g/（2 pi）~100 MHz的单光子拉比频率和C~47的协同系数，同时保持了进入单模光纤的高光子收集效率。高系统效率，电信波段操作和长相干时间的组合使该平台非常适合硅芯片上的量子光学和长距离量子通信。
2018-10-30 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Low power inelastic light scattering at small detunings in silicon wire waveguides at telecom wavelengths
当泵浦光束通过硅纳米光子波导传播时，很小一部分光被散射到其他频率。在非常低的强度下，散射光的量与泵浦光束的功率成比例。结果表明，在300-575 K温度范围内，散射强度呈线性增加，在0.4 THz <|ν| < 2.5 THz。对这些观测结果的最简单解释是泵浦光束在一维热激发浴上散射。最后，讨论了这种散射过程对硅纳米光子结构的量子光学应用的影响。
2012-03-18 physics.optics quant-ph
Erbium dopants in silicon nanophotonic waveguides
已建立的纳米纤维与有吸引力的材料特性相结合，使硅成为量子技术的一种有前途的材料，其中注入的掺杂剂即使在高温下也可作为具有高密度和优异相干性的量子比特。为了连接和控制这些量子比特，将它们与纳米光子波导中的光连接起来提供了独特的前景。在这里，我们提出了在这种波导中注入铒掺杂剂的共振光谱。我们克服了限制早期研究的高掺杂和带隙以上激发的要求。因此，我们观察到铒掺入在定义良好的晶格位点减少了千倍的不均匀加宽约1 GHz和光谱扩散线宽下降到45 MHz。因此，我们的研究介绍了一种新的材料平台，用于实现片上量子存储器，微波到光转换，和分布式量子信息处理，具有独特的功能，在光纤通信的主要波长波段的操作。
2020-05-04 physics.app-ph quant-ph
Scalable quantum interference in integrated lithium niobate nanophotonics
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
针对集成铌酸锂量子光子系统的可扩展性瓶颈，研究人员在纳米光子铌酸锂器件中设计三波混频，集成多个近乎完美的光谱可分宣告式单光子源，首次演示了该平台上的多源玻色子干涉，助力可扩展量子光子学平台开发。
2025-07-17 physics.optics quant-ph
Hybrid Group IV Nanophotonic Structures Incorporating Diamond Silicon-Vacancy Color Centers
我们展示了一种新的方法，用于工程IV族基于量子光子结构，含有带负电荷的硅空位（SiV $^-$）的钻石色心作为量子发射体。混合SiC/金刚石结构是通过将纳米和微米金刚石在碳化硅（3C或4 H多型体）衬底上的生长与随后使用这些金刚石晶体作为图案转移的硬掩模相结合来实现的。SiV $^-$色心在金刚石的合成过程中从分子金刚石晶种（类金刚石）引入到金刚石中，而不需要离子注入或退火。我们表明，相同的生长技术可以用于生长可控掺杂SiV $^-$的金刚石层上的高纯度散装金刚石，其中我们随后制造纳米柱阵列含有高品质的SiV $^-$中心。扫描共聚焦光致发光测量揭示了光学活性SiV $^-$线在室温和低温（5 K）从所有制造的结构，特别是，非常窄的线宽和小的不均匀加宽的SiV $^-$线从所有金刚石纳米柱阵列，这是量子计算的关键要求。在低温下（5 K），我们观察到在这些结构中的签名典型的SiV $^-$中心在散装金刚石，符合双λ。这些结果表明，高品质的色心可以被纳入纳米光子结构合成与那些在散装金刚石的性能相当，从而打开了经典和量子信息处理的应用机会。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Integrated diamond networks for quantum nanophotonics
金刚石是一种具有特殊物理和化学性质的独特材料，为实现具有新功能的高性能器件提供了潜力。例如，金刚石的高折射率、在宽波长范围内的透明性和大拉曼增益对于实现新型光子器件是令人感兴趣的。近年来，金刚石中的类原子杂质成为量子信息处理、量子传感和量子网络等领域的重要研究对象。对于这些和其他应用，开发基于金刚石的集成纳米光子平台至关重要。在这里，我们报告实现这样一个集成的金刚石光子平台，绝缘体上的金刚石（DOI），由一个薄的单晶金刚石膜上的绝缘二氧化硅/硅衬底。使用这种方法，我们展示了在宽波长范围内工作的金刚石环谐振器，包括可见光（630 nm）和近红外（1，550 nm）。最后，我们展示了一个集成的，片上量子纳米光子网络，由环形谐振器耦合到低损耗波导光栅耦合器，使单光子在室温下的产生和有效的路由。
2012-01-05 physics.optics quant-ph
Scalable integration of silicon carbide color centers into nanophotonic structures
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Center for Integrated Quantum Science and Technology（集成量子科学与技术中心）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究研究所）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
本文提出一种利用同一纳米掩模实现碳化硅色心注入与纳米柱制备的可扩展方法，显著提高光子收集效率并保持自旋相干性，适用于多种固态平台。
2026-09-24 quant-ph
Quantum memory on a nanophotonic silicon chip
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）；Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）
本文提出了一种基于掺铒硅波导的量子存储器，实现了高带宽和可编程延迟，优于传统芯片延迟线，为硅基光子量子计算奠定了基础。
2026-03-31 cond-mat.other quant-ph
High Speed and High Efficiency Travelling Wave Single-Photon Detectors Embedded in Nanophotonic Circuits
超快、高量子效率的单光子探测器是现代量子光学和量子通信中最受欢迎的元件之一。高的光子探测效率对于可扩展的基于测量的量子计算、量子密钥分发和无环隙贝尔实验是必不可少的。然而，不完美的模式匹配和有限的光子吸收率通常限制了单光子探测器可达到的最大探测效率。在这里，我们展示了一个超导纳米线探测器顶部的纳米光子波导，使我们能够大大增加入射光子的吸收长度。当操作的检测器接近的临界电流，我们实现了高的芯片上的单光子检测效率高达91%，在电信波长，与波导光子通量的变化所决定的不确定性。我们还观察到非常低的暗计数率，而没有显着的妥协的检测效率。此外，我们的探测器完全嵌入在可扩展的硅光子电路中，并提供18ps的超短时间抖动。利用这种高的时间分辨率，我们证明了硅环形谐振器中的弹道光子输运。在芯片上直接实现这种具有高量子效率、高检测速度和低抖动时间的检测器克服了集成量子光子学中的主要障碍。
2012-04-04 physics.optics quant-ph
Scalable generation and detection of on-demand W states in nanophotonic circuits
该研究利用纳米线量子点与氮化硅光子芯片生成 8 模式按需单光子 W 态，并结合傅里叶/实空间成像、Gerchberg-Saxton 算法和纠缠见证实现可扩展的重构与纠缠验证。
2023-07-12 physics.optics quant-ph
Luminescence thermometry based on photon emitters in nanophotonic silicon waveguides
本文提出利用集成于硅波导的铒发射体发光进行测温，结合高温非辐射衰减与低温能级去布居机制，实现2–295 K范围高灵敏、高精度且可达纳米级分辨率的温度测量。
2025-02-05 cond-mat.other quant-ph
A chip-scale polarization-spatial-momentum quantum SWAP gate in silicon nanophotonics
本文在硅纳米光子芯片上展示了一种高效的确定性SWAP门，能交换光子的偏振与空间-动量量子比特，高保真度验证及Bell态分发实验表明其促进了不同自由度光学子系统间的量子互连，为互联模块化系统提供了途径。
2023-05-16 quant-ph
A scalable gallium-phosphide-on-diamond spin-photon interface
University of Washington（华盛顿大学）；Humboldt-Universitat zu Berlin（柏林洪堡大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
该研究展示了在可扩展平面平台上实现高合作度的磷化镓-钻石自旋-光子接口，通过强耦合SiV中心和GaP的非线性特性，为量子网络应用提供新方案。
2026-01-08 physics.optics quant-ph
Diamond Nanophotonics
新兴的纳米光子学领域已经发展成为一个主要的研究领域，主要是因为能够根据需要控制和操纵单量子系统（发射器）和单光子。多年来，研究纳米光子现象仅限于传统的半导体（包括硅和GaAs），实验主要在低温下进行。然而，在过去的十年中，金刚石已经成为研究纳米级光子现象的新竞争者。提供过多的量子发射器，在室温和环境条件下是光学活性的，金刚石已被利用来展示超分辨率显微镜和实现纠缠，Purcell增强和其他量子和经典的纳米光子效应。阐述了金刚石作为一种材料的重要性，本文将重点介绍金刚石纳米光子学领域的最新成就，并为未来的实验和技术进步提供路线图。
2014-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Generating scalable graph states in an atom-nanophotonic interface
提出在原子-纳米光子腔中通过状态雕刻技术制备一维和二维高保真度可扩展图态的系统协议，利用光镊绝热传输原子并优化状态制备概率，展示了该界面创建图态的能力。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Ultra-Short Pulse Biphoton Source in Lithium Niobate Nanophotonics at 2$\textμ$m
本文在色散工程化的周期性极化铌酸锂纳米光子学中演示了中心波长2.09 μm、带宽17 THz、亮度8.8 GHz/mW的飞秒双光子源，为可扩展超快量子信息处理开辟了新路径。
2024-06-10 physics.optics quant-ph
High-Q Nanophotonic Resonators on Diamond Membranes using Templated Atomic Layer Deposition of TiO2
将固态量子发射器与纳米光子谐振器集成对于有效的自旋光子接口和光学网络应用是必不可少的。虽然钻石色心已被证明是新兴量子技术的优秀候选者，但它们与光学谐振器的集成仍然具有挑战性。基于将谐振器蚀刻到金刚石中的常规方法通常负面地影响色心性能并且提供低器件成品率。在这里，我们开发了一个集成的光子学平台的基础上模板原子层沉积的二氧化钛金刚石膜。我们的制造方法产生高性能的纳米光子器件，同时避免将波长级特征蚀刻到金刚石中。此外，该技术产生高度可再现的光学共振，并且可以在单个金刚石样品上迭代，这是一个独特的加工优势。我们的方法适用于宽范围的波长和衬底，并且可以实现腔光子与金刚石或碳化硅、稀土离子或其他材料系统中的相干缺陷之间的高协同性接口。
2020-05-30 physics.optics quant-ph
Nanophotonic control of circular dipole emission: toward a scalable solid-state to flying-qubits interface
利用纳米结构控制单量子发射体的光子发射对于可扩展的片上量子信息处理至关重要。如今，纳米谐振器可以影响发射器的寿命，并最终在发射器和光场之间引起强耦合，而纳米天线可以控制发射的方向性。将这种控制扩展到操纵轨道角动量变化跃迁的发射，将使长寿命固态量子比特和飞行量子比特之间的耦合成为可能。由于这些过渡与圆形，而不是线性偶极子，这样的控制需要详细的知识的空间依赖的相互作用的复杂偶极子与高度结构化的光学本征态包含本地螺旋。使用一个经典的模拟，我们在实验上映射的圆偶极子的光子模式的模型结构，一个光子晶体波导。我们表明，根据当地的螺旋偶极子可以耦合到模式传播到左边或右边。这些地图与计算结果非常吻合。因此，我们的测量结果表明，自旋光子耦合的途径与近单位（0.8 $\pm$ 0.1）的效率。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quadrature squeezing in a nanophotonic microresonator
针对集成光子学产生压缩光面临的寄生非线性与损耗难题，研究人员在带纳米波纹的氮化硅光子晶体微腔中，通过简并双泵浦自发四波混频实现7.8 dB片上单模正交压缩，为集成压缩光源应用提供新路径。
2025-02-24 physics.optics quant-ph
End-to-end physics-based modeling of laser-activated color centers in silicon
本文开发端到端第一性原理模型，解决硅中色心可控制备难题，实现激光退火激活与原位控制，在裸硅中非均匀展宽低至16 GHz，并在光子晶体腔中成功激光直写，为量子光子平台大规模集成奠定基础。
2025-01-28 physics.optics quant-ph
Superconducting single photon detectors integrated with diamond nanophotonic circuits
光子量子技术有望在非经典应用中重复集成纳米光子电路的成功。使用线性光学元件，量子光学计算可以用集成光学电路来执行，从而允许克服在可扩展性方面的现有限制。除了实现光子量子门的无源光学器件外，单光子源和单光子探测器等有源器件是未来光量子线路的重要组成部分。允许所有组件单片集成的材料系统特别有吸引力，包括III-V族半导体、硅和金刚石。在这里，我们展示了纳米光子集成电路，由高品质的多晶金刚石薄膜与片上单光子探测器相结合。使用超导纳米线耦合渐逝行波，我们实现了高达66%的高检测效率与低暗计数率和190 ps的定时分辨率相结合。我们的设备是完全可扩展的，并有望成为功能性金刚石光子量子设备。
2015-05-16 physics.optics quant-ph
Silicon photonic devices for scalable quantum information applications
硅光子学以其高集成度和优异的光学性能，成为实现全集成和大规模光量子信息处理的重要平台。可扩展的量子信息应用需要将光子的产生和探测集成在同一芯片上，我们已经看到，硅光子芯片上的各种器件都是为了这一目标而开发的。本文综述了可扩展量子应用的硅光子芯片的相关研究成果和最新技术。尽管存在不足，但部分部件的性能已经满足进一步扩展的要求。最后指出了片上可扩展量子信息应用面临的挑战和进一步的研究方向。
2022-08-10 physics.optics quant-ph
Efficient Source of Shaped Single Photons Based on an Integrated Diamond Nanophotonic System
一个有效的、可扩展的成形单光子源，可以直接与光纤网络和量子存储器集成，是量子信息科学中许多协议的核心。我们展示了一个确定性的任意时间形状的单光子脉冲的源，具有高效率（检测效率= 14.9%）和纯度（$g^{(2)}(0) = 0.0168$）和高达11个连续检测到的单光子流使用硅空位中心在一个高度定向的光纤集成金刚石纳米光子腔。结合先前展示的自旋光子纠缠门，该系统能够按需生成相关光子流，如簇态，并可用作量子信息的鲁棒传输和处理的资源。
2022-07-28 physics.optics quant-ph
Efficient bidirectional quantum frequency conversion between telecom and visible bands using programmable III-V nanophotonic waveguides
针对量子频率转换难以同时兼顾多性能指标的问题，本研究基于可编程InGaP纳米光子波导实现通信与可见光波段的双向QFC，以更低泵浦功率获得更高转换效率，支撑可扩展量子网络发展。
2025-11-18 physics.optics quant-ph
Ultrafast single-photon detection using nanophotonic parametric amplifiers
针对低温单光子探测器死时间长、难集成的问题，本文提出基于铌酸锂纳米光子参量放大与经典光电探测的室温方案，实验实现26.5%效率，并预测优化后可达69%。
2024-10-25 physics.optics quant-ph
Characterization of the spin and crystal field Hamiltonian of erbium dopants in silicon
本文通过共振荧光光谱分析了硅纳米光子波导中铒掺杂物的位置对称性，重构了自旋哈密顿量并部分拟合了晶体场哈密顿量，为基于Er:Si平台的高效纳米光子量子存储器铺平了道路。
2024-09-10 cond-mat.other quant-ph
Highly squeezed nanophotonic quantum microcombs with broadband frequency tunability
本文提出一种基于低于阈值光学参量放大器的强过耦合氮化硅纳米光子压缩器，实现5.6 dB压缩并揭示16个qumode的量子频率梳，同时展示宽带频谱调谐，为芯片级量子传感与连续变量量子信息处理提供可扩展路径。
2025-05-06 physics.optics quant-ph
Near-infrared Hong-Ou-Mandel interference on a silicon quantum photonic circuit
在硅纳米光子定向耦合器中观察到了近红外Hong-Ou-Mandel量子干涉，其片上原始载流子浓度为90.5%。利用自注入锁定激光器泵浦，在双极化KTiOPO 4波导芯片中产生了1557 nm的双光子纠缠态，并进行了光子统计测量。有效的四端口耦合在通信C波段和高折射率对比度硅光子学平台的证明，与量子干涉可见性的理论预测相匹配。剩余的量子可见性缺陷的成分进行检查，支持的顺序触发的多对双光子贡献和可见性补偿技术的理论分析，对可扩展的高比特率量子信息处理和通信。
2012-12-03 physics.optics quant-ph
Single photon emission from individual nanophotonic-integrated colloidal quantum dots
溶液可处理的胶体量子点对于实现嵌入可扩展量子技术平台的单光子源具有很大的希望。然而，在光子电路中大量可单独寻址的胶体量子点的高产量集成仍然是一个突出的挑战。在这里，我们报告将单个胶体核壳量子点（CQD）集成到纳米光子网络中，该网络允许通过单独的波导通道激发和有效收集单光子。一种迭代电子束光刻工艺提供了一种可行的方法，以将单个发射器定位在光子集成电路中的预定义位置处，其产量接近统一。我们的工作超越了共焦显微镜的体光学范例，为从大量同时可控的量子发射器提供单光子的芯片级量子网络铺平了道路。
2022-01-13 physics.optics quant-ph
Strong nanophotonic quantum squeezing exceeding 3.5 dB in a foundry-compatible Kerr microresonator
本研究在代工厂制备的氮化硅微环中实现了3.7 dB的片上量子压缩，证明了该平台在CMOS兼容架构中可实现强量子噪声抑制。
2024-11-18 physics.optics quant-ph
Ultra-broadband quadrature squeezing with thin-film lithium niobate nanophotonics
压缩光是一种关键的量子资源，它使传感、网络和计算应用具有量子优势。利用集成平台可扩展地产生和操纵压缩光对于具有连续变量的量子技术的发展是高度期望的。在这封信中，我们展示了压缩光产生与薄膜锂的氢化物集成光子学。利用铁电畴工程的准相位匹配实现了参量下转换。在亚波长模式限制下，可以用单通结构观察到有效的非线性过程。我们测量到0.56 +-0.09dB正交压缩（片上推断为~ 3dB）。单通配置进一步使得能够产生具有高达7 THz的大光谱带宽的压缩光。这项工作是实现连续变量量子信息处理的重要一步
2021-07-15 physics.optics quant-ph
Nanophotonic source of broadband quadrature squeezing
压缩光是方差低于散粒噪声水平的光束。它们是基于光子的量子技术的关键资源，可以用来实现更高精度的测量，提高量子密钥分发信道的安全性，并作为量子计算的基础资源。迄今为止，大多数基于压缩光的实验都是基于非线性晶体和分立光学元件，因为在纳米制造友好材料中集成光的正交压缩态是一项具有挑战性的技术任务。在这里，我们测量0.45 dB的GHz宽正交压缩的环形谐振器集成在氮化硅光子芯片，我们制造的CMOS兼容的步骤。估计校正片外损耗的结果比散粒噪声散粒噪声电平低1 dB。我们确定并验证，目前的结果是有限的芯片中产生的多余的噪声，并提出方法来减少it.Calculation表明，在现有技术可实现的芯片的光学性能的改善可以开发基于光的可扩展的量子技术。
2019-04-15 physics.optics quant-ph
Few-cycle vacuum squeezing in nanophotonics
压缩真空是光的最基本的量子态之一，其中一个正交项中的噪声小于标准量子噪声极限。光学压缩真空的产生及其应用已取得了重大进展。然而，在纳米光子学中产生、操纵和测量这样的量子态仍然是具有挑战性的，其具有广泛的可扩展的量子信息系统所需的性能。在这里，我们克服了这一挑战，在锂离子纳米光子学利用超短脉冲相敏放大器在同一芯片上的压缩态的产生和全光学测量。我们产生一个压缩状态跨越超过25太赫兹的带宽支持只有几个光周期，并测量最大4.9分贝的压缩（$\sim$ 11分贝推断）。这种压缩水平超过了大范围量子信息系统的要求。我们的研究结果在纳米光子学的产生和测量的少光周期压缩态，使一个实用的路径可扩展的量子信息系统与太赫兹时钟速率和开放的机会，研究非经典性质的光在子周期制度。
2022-01-18 quant-ph
Spectral stability of cavity-enhanced single-photon emitters in silicon
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与工程中心）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）；Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）
研究通过将发射体集成至法布里-珀罗腔而非纳米光子谐振腔，有效降低了光谱漂移，实现了光谱稳定性提升，为硅基量子接口应用奠定基础。
2026-01-20 quant-ph
Quantum teleportation of an elemental silicon nanophotonic CNOT gate
研究首次在硅纳米光子芯片上实验演示了CNOT门的量子隐形传态，利用局域操作与共享纠缠实现了非局域量子门，各项保真度均超83%，为大规模分布式量子计算提供了可扩展路径。
2025-07-22 quant-ph
Scalable in operando strain tuning in nanophotonic waveguides enabling three-quantum dot superradiance
二十年来，对集成量子光学平台的追求一直激励着半导体量子点领域的研究。量子光源、单光子开关、晶体管和自旋光子接口的演示已经变得非常先进。然而，每个量子点都是不同的，这一基本问题阻碍了集成和扩展到几个量子点之外。在这里，我们通过局部相变图案化应变来解决这一挑战，以选择性地调谐嵌入光子架构中的单个量子点。该图案化是用GaAs波导表面上的薄HfO $_{2}$膜“鞘”的操作中激光结晶来实现的。使用这种方法，我们调整InAs量子点的发射能量在整个非均匀分布的步长下降到均匀的线宽和空间分辨率优于1 $μ$米。利用这些能力，我们将多个量子点调谐到同一波导内的共振，并通过三个量子点的超辐射发射来演示量子相互作用。
2020-01-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interference of electromechanically stabilized emitters in nanophotonic devices
远距离物质量子比特之间的光子介导耦合可以实现长距离的安全通信，分布式量子计算方案的实现，以及多体量子动力学新机制的探索。耦合到固态量子发射器的纳米光子器件代表了实现这些目标的一种有前途的方法，因为它们结合了强的光-物质相互作用和高的光子收集效率。然而，这些方法的可扩展性受到固态发射器之间的频率失配及其光学跃迁的不稳定性的限制。在这里，我们提出了一个纳米机电平台的稳定和调整的光学跃迁的硅空位（SiV）的颜色中心在金刚石纳米光子器件通过动态控制其应变环境。这种基于应变的调谐方案具有足够的范围和带宽，以减轻各个SiV中心之间的光谱失配。使用应变，我们确保色心光学跃迁之间的重叠，并通过测量从金刚石波导收集的光子的相关性来观察纠缠的超辐射态。这个用于调谐纳米光子波导和谐振器中光谱稳定色心的平台构成了迈向可扩展量子网络的重要一步。
2019-02-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Scalable Quantum Photonics with Single Color Centers in Silicon Carbide
碳化硅是单光子源、量子位和基于单个色心的纳米级传感器的有前途的平台。为了实现这一目标，我们开发了一种可扩展的纳米柱阵列，在4 H-SiC中包含单个硅空位中心，可随时用于与自由空间物镜和透镜光纤的有效接口。用2 MeV电子束照射商业上获得的衬底以产生空位。随后的光刻工艺形成直径为400- 1400 nm的800 nm高的纳米柱。我们获得了高的收集效率，高达22 kcounts/s的光学饱和率从一个单一的硅空位中心，同时保持单光子发射和光诱导电子自旋极化特性。我们的研究表明，碳化硅是一个现成的平台，可扩展的量子光子学架构依赖于单光子源和量子位。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Purcell enhancement of single-photon emitters in silicon
本研究通过将铒掺杂剂集成到纳米光子硅谐振器中，实现了自旋分辨激发和78倍珀塞尔增强的单光子发射，为量子网络提供了新平台。
2023-06-21 quant-ph
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: I/ theoretical design and properties
在这里，我提出了一种新的混合顺磁-亚铁磁SiC-YiG量子传感器的理论。它的目的是允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪和光纤。该传感器包含一个单一的V2带负电荷的硅空位色心在4 H-SiC，其光致发光是波导的4 H-SiC纳米光子结构向光纤。该V2自旋探针通过在表面以下几纳米的深度处的离子注入来创建，通过在位于纳米光子结构的背面上的YiG亚铁磁性纳米条的强磁场梯度下光学检测的顺磁共振来确定。该梯度还允许在纳米级逐片研究目标顺磁性样品。这种量子传感器的制造过程中，它的磁性和光学特性，其外部自旋传感特性的结构生物学背景下，其集成到一个标准的商用脉冲EPR光谱仪都在这里。
2019-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Deterministic Laser Writing of Spin Defects in Nanophotonic Cavities
本研究利用纳秒脉冲激光在4H-碳化硅光子晶体腔中直接写入自旋缺陷，实现实时原位形成与表征，无需退火，为量子网络节点中腔-发射体耦合工程提供新途径。
2022-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Scalable fabrication of single silicon vacancy defect arrays in silicon carbide using focused ion beam
在这项工作中，我们提出了一种方法，有针对性的，无掩模，和可扩展的制造单硅空位（VSi）缺陷阵列的碳化硅（SiC）使用聚焦离子束。注入的VSi缺陷的分辨率被限制在几十纳米，由离子束的直径定义。首先，我们研究了所产生的缺陷自旋系综的光致发光（PL）光谱和光学检测的磁共振（ODMR），证实了所合成的中心是在所需的缺陷状态。然后我们研究了单个VSi缺陷的荧光特性，我们的测量表明存在光稳定的单光子源。最后，我们发现Si++离子到VSi缺陷的转换产额随着注入剂量的降低而增加。碳化硅中VSi缺陷的可靠产生将为其在量子光子学和量子信息处理中的应用铺平道路。
2017-03-10 quant-ph
Single-Photon Switching and Entanglement of Solid-State Qubits in an Integrated Nanophotonic System
光子和量子发射器之间的有效界面形成了量子网络的基础，并使非线性光学器件能够在单光子水平上工作。我们展示了一个集成的平台，可扩展的量子纳米光子学的基础上硅空位（SiV）的色心耦合到纳米级金刚石器件。通过在金刚石光子晶体腔内放置SiV色心，实现了单色心控制的量子光开关。我们使用SiV亚稳态轨道状态控制开关，并通过光子相关测量在单光子水平上验证光开关。我们利用拉曼跃迁在金刚石波导中实现了频率和带宽可调的单光子源。最后，我们通过检测发射到单个波导中的不可分辨的拉曼光子来创建两个SiV中心之间的纠缠。利用光子相关测量中观察到的一种新的超辐射特征验证了纠缠，为量子网络的实现铺平了道路。
2016-08-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Super-radiant emission from quantum dots in a nanophotonic waveguide
未来可扩展的光子量子信息处理依赖于将多个相互作用的量子发射器集成到单个芯片中的能力。量子点提供了理想的片上量子光源。然而，实现芯片上多个量子点之间的量子相互作用是一项具有挑战性的任务，由于其频率和位置的随机性，需要本地调谐技术和远程量子相互作用。在这里，我们展示了纳米光子波导上遥远的两个量子点之间的量子相互作用。我们通过将量子点集成到纳米光子波导的相同光学模式来实现光子介导的远程相互作用，并通过将片上热调谐器结合来克服光谱失配。我们观察到它们的量子相互作用的超辐射发射的形式，其中两个点集体发射速度比每个点单独。从集成的量子发射器产生超辐射发射可以使紧凑的芯片集成的光子结构表现出长程量子相互作用。因此，这些结果代表了朝着建立由半导体芯片上的多个相互作用的量子发射器组成的光子量子信息处理器迈出的重要一步。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall 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
