Two-photon tomography using on-chip quantum walks
我们提出了一个概念性的方法，量子断层扫描的基础上，首先扩大了量子态在额外的自由度，然后利用引入的稀疏性进行重建。我们制定其应用程序的光子电路，并表明，测量的空间光子相关性在一个专门定制的离散连续量子行走的输出可以使任何双光子空间纠缠和混合状态的输入完全重建。这种方法不需要任何可调元件，因此非常适合与片上超导光子探测器集成。
2016-01-11 physics.optics quant-ph
Quantum frequency conversion and single-photon detection with lithium niobate nanophotonic chips
本文在LNOI纳米光子平台上实现了连接电信波段与近可见光波段的低噪声量子频率转换芯片，并基于该芯片构建了片上上转换单光子探测器，为芯片级量子系统应用奠定基础。
2022-09-18 physics.optics quant-ph
A monolithically integrated polarization entangled photon pair source on a silicon chip
集成光子电路具有体积小、干涉稳定、模场重叠接近完美等优点，是实现大规模光子量子信息系统的最有前途的平台之一。由于许多量子信息协议都是基于光子偏振定义的量子比特，因此我们必须开发集成的构建模块，以便在芯片上生成、操纵和测量偏振编码的量子态。发电机组尤为重要。在这里，我们展示了第一个集成偏振纠缠光子对源的芯片。我们已经实现了源作为一个简单而稳定的绝缘体上硅光子电路，产生的纠缠态与91 \pm 2%的保真度。该光源配备了硅基二氧化硅或其他类型波导平台的通用接口，可容纳偏振操纵和投影设备以及泵浦光源。因此，我们已经为在芯片上实现光子量子信息系统做好了准备。
2012-11-13 physics.optics quant-ph
On-Chip Scalable Coupled Single Photon Emitter- All Dielectric Multifunctional Quantum Optical Circuits Working on a Single Collective Mie Resonance
我们提出了基于有限元方法的光网络中的片上受控光子干涉的仿真结果，该光网络基于基元的互连阵列，基元包括嵌入在基于光刻可制造矩形电介质构建块（DBB）的元结构中的单个光子源（SPS），其中整个电路的单个集体米氏谐振提供了纳米天线、状态保持引导分束和合束。实现了SPS到DBB的共同设计的集体Mie模式的有效耦合。这些发现为芯片上可扩展的纳米光子量子信息处理系统的光学电路的制造和检查提供了强有力的激励。
2018-11-16 physics.optics quant-ph
An on-chip coupled resonator optical waveguide single-photon buffer
集成量子光路是实现单光子量子信息处理的最有前途的途径之一。这种电路的许多核心元件已经实现，包括源、门和检测器。然而，片上光子信息处理所必需的一个重要的缺失功能是缓冲器，其中单个光子存储很短的时间以促进电路同步。本文报道了一种基于400个高Q值光子晶体线缺陷纳米腔的耦合谐振腔光波导的片上单光子缓冲器。通过使用CROW，脉冲单光子被成功地缓冲了150 ps，50 ps的可调谐性，同时保持其非经典特性。此外，我们还证明了我们的缓冲区通过从时间仓纠缠态中存储和取回一个光子来保持纠缠。这是迈向全光集成量子信息处理器的重要一步。
2013-11-14 physics.optics quant-ph
On-chip coherent conversion of photonic quantum signals between different degrees of freedom
在量子世界中，单个粒子可以具有不同的自由度来编码量子信息。同时控制多个自由度对于完整地描述粒子是必要的，因此可以更有效地使用它。本文将横波导模自由度引入到量子光子集成电路中，并在单芯片上实现了光子量子态在路径、偏振和横波导模自由度之间的相干转换。在这些转换过程中的量子相干性的保存证明了单光子和双光子量子干涉使用光纤分束器或片上分束器。这些结果为基于量子光子集成电路的量子信息处理提供了控制和转换多自由度光子的能力。
2016-06-21 physics.optics quant-ph
A silicon-chip source of bright photon-pair comb
集成量子光子学关键依赖于光子源的纯度、可扩展性、可集成性和灵活性，以在单个芯片上支持多种量子功能。迄今为止，实现一种高效的单片光子对源仍然是一个开放的挑战。在这里，我们报告的设备上的硅绝缘体平台，利用戏剧性的腔增强四波混频在高Q硅微盘谐振器。该装置能够以梳状方式产生高纯度的光子对，具有前所未有的光谱亮度$6.24 \times 10^7 {\rm pair/s/mW^2/GHz}$和光子对相关性，在用连续波激光泵浦时具有$1386 \pm 278$的符合与偶然比。这种优异的性能，加上结构紧凑和CMOS兼容性，为量子硅光子学开辟了一条伟大的道路，它具有前所未有的多通道并行信息处理能力，可用于集成量子计算和长距离量子通信。
2012-10-16 physics.optics quant-ph
Photonic analogue of Mollow triplet with on-chip photon pair generation in dressed modes
与原子物理学进行类比是光子技术的一个强有力的工具，拓扑光子学和基于宇称-时间对称性的非厄米光子学的最新发展就是证明。莫洛三重态是一种重要的原子效应，具有重要的基础和技术意义。在这里，我们展示了类似的莫洛三重态与量子光子系统。光子纠缠是通过多模相干耦合引入的缀饰光子模中的自发非线性过程产生的。我们进一步证明了光子系统的灵活性，以实现不同的配置的修饰状态，导致控制修改的Mollow三重态。我们的工作将使复杂的原子过程的调查和实现基于光子系统的独特的量子功能。
2021-07-15 physics.optics quant-ph
Near perfect two-photon interference out a down-converter on a silicon photonic chip
集成纠缠光子对源是实现大规模量子光子解决方案的关键要素，并解决了规模扩大和稳定性的挑战。在这里，我们报告了基于硅基平台中通过光致二阶（$χ^{(2)}$）非线性进行自发参数下转换的能量时间纠缠光子对源的首次演示，确保了基谐波的0型准相位匹配及其波导内的二次谐波。所开发的源在8的$μ$ W泵浦功率下显示出1635的符合与偶然比。值得注意的是，我们报告的双光子干涉与99.36 $\pm1.94\%$接近完美的可见度，显示高品质的光子纠缠没有多余的背景噪声。这为量子技术开辟了新的视野，需要在单个芯片上集成各种各样的建筑功能。
2022-02-09 physics.optics quant-ph
On-Chip Quantum Interference from a Single Silicon Ring Resonator Source
在这里，我们展示了量子干涉的光子在硅芯片上产生的单环谐振腔光子源。该光源与马赫-曾德尔干涉仪无缝集成，其路径纠缠通过硅环形谐振腔中的自发四波混频产生的简并双光子。通过改变集成马赫-曾德尔干涉仪的相对相位来控制所得到的双光子N 00 N态，从而得到V~ 96%的高双光子干涉活力。此外，我们表明，可以使用泵波长调谐到我们的可调谐激光器（C+L波段）访问的所有环共振产生的干扰。这项工作是对多个光子源和量子线路在单片芯片上的简化集成的关键演示，反过来，使量子信息芯片具有更大的复杂性和功能。
2015-04-16 physics.optics quant-ph
Phase resolved joint spectra tomography of a ring resonator photon pair source using a silicon photonic chip
光子量子技术的指数增长正在推动对测量其信息载体质量的工具的需求。其中最突出的是受激发射层析成像（SET），它使用经典的相干场来测量光子对的联合光谱幅度（JSA），具有高的速度和分辨率。虽然JSA的模量可以直接从单个强度测量中解决，但联合光谱相位（JSP）的检索更具挑战性，并且受到较少的关注。然而，作为芯片集成微谐振器的技术相关性的广泛类别的自发源具有具有丰富结构的JSP，其携带隐藏在强度域中的相关性。在这里，使用一个紧凑的和可重构的硅光子芯片，它是第一次测量的微环谐振腔光子对源的复杂JSA。光子电路相干激励环和参考波导，并通过一种新的相位重构技术，由它们的激励场形成的干涉图被用来映射环JSP。该工具补充了迄今为止实施的传统的庞大而复杂的方法，同时最大限度地减少了所需的资源。
2020-01-09 physics.optics quant-ph
Coupling of erbium dopants to yttrium orthosilicate photonic crystal cavities for on-chip optical quantum memories
晶体中的铒掺杂剂表现出高度相干的光跃迁，非常适合于在电信波段操作的固态光量子存储器。在这里，我们展示了耦合的铒掺杂剂离子在硅酸钇的光子晶体腔直接制造的主机晶体使用聚焦离子束铣削。这种耦合导致光致发光寿命的减少和微米长器件中光学深度的增强，这将使片上量子存储器成为可能。
2015-12-23 physics.optics quant-ph
Reconfigurable on-chip entangled sources based on lithium-niobate waveguide circuits
集成量子光学是实现量子信息处理的必然趋势。在这里，我们报告了基于可重构锂离子波导电路的光子纠缠的片上产生和操纵。通过在波导干涉仪中引入周期性极化结构，产生两个相位可控的独立光子对源，并通过量子干涉级联，得到确定性分离的全同光子对。该状态的特点是能见度为92.9%的Hong-Ou-Mandel干涉。通过在片控制电光相移，实现了从双光子分离态到聚束态的连续变形。光子通量达到~1.4*10^7对nm-1 mW-1。我们的工作为不同光子源的片上工程提供了一种方案，并为完全集成的量子技术铺平了道路。
2014-04-01 physics.optics quant-ph
Heralding two- and four-photon path entanglement on chip
产生量子纠缠不仅是一项重要的科学工作，而且对于实现量子增强技术，特别是超越经典极限的量子增强测量至关重要。利用可重构集成波导器件研究了量子精密测量中多光子纠缠的产生，其中辅助光子的投影测量预示着路径纠缠态的产生.我们使用四个和六个光子的输入，来分析两个和四个光子NOON状态的预示过程-N个光子在两个路径中的叠加，能够在海森堡极限下进行相位超灵敏测量。现实的设备将包括不完美的，作为预示状态准备的一部分，我们在我们的芯片内展示了相位超分辨率，其状态对光子损失更鲁棒。
2011-10-21 physics.optics quant-ph
Photon-pair generation in a heterogeneous silicon photonic chip
集成硅光子学在推动量子信息和量子科学的应用方面发挥了重要作用。然而，由于不同的材料特性，在均质材料的基础上集成所有具有优异性能的组件是具有挑战性的。在这里，通过在异质硅平台中结合高非线性和低损耗，我们通过氢化非晶硅波导中的自发四波混频有效地产生高质量的光子对，并通过低损耗氮化硅波导将它们路由到芯片外。在光子对产生率为1.94 MHz的这种异质设计中，达到了创纪录的高符合-偶然率值1632.6（$\pm$ 260.4）。我们还展示了一个广泛的多通道光子源的符合率为200一致。最后，我们测量了最低$g^{(2)}_H(0)$为0.1085 $\pm$ 0.0014的预示单光子。我们的研究结果表明，异质硅平台作为一个理想的平台，有效地产生光子对，并路由它们的芯片外的低损耗。它还通过收集不同材料的不同特征为未来的混合光子集成电路铺平了道路。
2022-08-30 physics.optics quant-ph
On-chip low loss heralded source of pure single photons
许多光子量子增强技术的实验实现的一个关键障碍是缺乏纯量子态的单光子的低损耗源。我们展示了一个很有前途的解决方案：在二氧化硅光子芯片中通过自发四波混频产生预示的单光子。由于低损耗源与光纤的有效耦合，实现了40%的预示效率，对应于占检测器性能的80%的制备效率。单光子纯度为0.86的测量从源数统计没有过滤，并通过直接测量的联合光谱强度确认。我们计算，类似的高预示纯度输出可以从可见光电信光谱区使用这种方法。片上二氧化硅源可以直接应用于采用二氧化硅光子学的广泛的单光子量子光学应用中。
2013-04-29 physics.optics quant-ph
Heterogeneously Integrated Squeezed-Light Generation and Detection on a Single Photonic Chip
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文通过异质集成技术在单光子芯片上实现压缩光产生、路由与平衡零差探测，测得含34个量子模式的双模压缩量子微梳约3 dB压缩度，建立了全集成压缩光量子光子系统的可扩展架构。
2026-08-14 physics.optics quant-ph
High visibility time-energy entangled photons from a silicon nanophotonic chip
量子光子学的进展表明，芯片级量子器件正在从基础研究领域转变为应用技术。集成光子电路和单光子探测器的最新发展表明，量子光子过程保真度的瓶颈最终将在于光子源。我们提出并展示了一种硅纳米光子芯片能够发射电信波段光子对，表现出最高的原始程度的时间-能量纠缠从微/纳米级源，到目前为止。在高Q硅微盘谐振器中通过腔增强的自发四波混频（SFWM）产生双光子，其中三重共振产生过程的性质导致戏剧性的Purcell增强，从而导致高效的对产生速率以及对光子噪声背景的极端抑制。优良的光子源和新的相位锁定技术的组合，允许在（4.40 $\pm$ 0.07）$\times$ 10 $^5$对/s的大对产生速率下，在没有任何背景扣除的情况下观察到（96.6 $\pm$ 1.1）$\%$的几乎完美的符合可见性。
2016-05-20 physics.optics quant-ph
Ultra-bright Quantum Photon Sources on Chip
随着量子信息系统的迅速扩大并应用于许多领域，越来越需要高速率、高亮度和高纯度的量子光子源。使用周期性极化的片上锂酸盐微谐振器，我们分别使用3.4- $μ$ W和13.4- $μ$ W的泵浦功率以8.5 MHz和36.3 MHz的高速率产生光子对，标志着数量级的改善，在这些高速率下测量的符合与偶然的比率远高于100，并且在较低的泵浦功率下达到$14,682\pm 4427$。同样的芯片能够以几十兆赫的速率产生单光子，每一个都具有用于微瓦泵的低自相关$g^{(2)}_{H}(0)=0.008$和$0.097$。这种独特的性能，促进了芯片器件的无噪声和巨大的光学非线性，将有助于即将普及采用量子光学信息技术。
2020-10-08 physics.optics quant-ph
Mapping Twisted Light into and out of a Photonic Chip
携带轨道角动量（OAM）的扭曲光为现代光学提供了额外的自由度，并且为经典和量子信息技术提供了新兴资源。它固有的无限维度可以通过使用模式复用来提高数据容量以维持大数据和互联网流量的前所未有的增长，并且可以被编码以在高维希尔伯特空间中构建大规模量子计算机器。虽然扭曲光从集成器件的表面发射到自由空间已被广泛研究，但光子芯片内部的传输和处理仍有待解决。在这里，我们提出了第一个激光直写波导能够支持OAM模式和实验证明了一个忠实的映射扭曲光进出光子芯片。状态OAM $_{0}$、OAM $_{-1}$、OAM $_{+1}$和它们的叠加可以以最小串扰以高达60%的总效率传输通过光子芯片。此外，我们还研究了单光子的量子扭曲光态的传输，并利用单光子成像测量了其输出态。我们的研究结果可能会增加OAM作为一个新的自由度，在光子芯片中传输和操纵的高容量通信和高维量子信息处理。
2018-12-12 physics.optics quant-ph
Generation and sampling of quantum states of light in a silicon chip
实现量子算法的大型实例需要在支持不同组件集成的硬件平台中处理许多量子信息载体。虽然已建立的半导体制造工艺可以集成许多光子组件，但许多光子的生成和算法处理一直是集成光子学中的瓶颈。在这里，我们报告的量子采样算法的片上产生和处理的量子态的光与多达八个光子。在不同的光抽运机制之间切换，我们在同一个集成了线性和非线性光子电路的硅芯片上实现了Scattershot，高斯和标准玻色子采样协议。我们使用这些结果来对计算分子振动光谱的量子算法进行基准测试。我们的技术可以很容易地扩展到具有数十个光子的专用量子算法的片上实现，从而为传统计算机的效率优势指明了道路。
2018-12-07 physics.optics quant-ph
Integration of Single Photon Emitters in 2D Layered Materials with a Silicon Nitride Photonic Chip
光子集成电路（PIC）使得光学量子线路的小型化成为可能，因为可以在同一芯片上添加若干光学和电子功能。单光子发射器（SPE）是这种量子线路的核心构建块，并且已经开发了几种方法来将PIC与包含SPE的主体材料连接。嵌入在2D过渡金属二硫属化物中的SPE具有独特的性质，使得它们作为PIC集成的SPE特别有吸引力。它们可以很容易地与PIC连接并堆叠在一起以创建复杂的异质结构。由于发射器嵌入单层中，因此不存在全内反射，从而能够实现非常高的光提取效率，而不需要任何额外的处理以允许在主体和底层PIC之间的有效单光子转移。此外，基于2D的SPE阵列可以通过STEM图案化或应变工程确定性地制造。最后，以高晶圆级均匀性生长的2D材料变得越来越容易获得，使得它们可以在晶圆级与底层PIC匹配。在这里，我们报告的集成WSe $_{2}$单层到氮化硅（SiN）芯片。我们演示了耦合的SPE与SiN波导的导模和研究如何在芯片上的单光子提取可以最大限度地通过接口的2D-SPE与集成的电介质腔。我们的方法允许使用优化的PIC平台，而不需要在宿主材料中进行额外的处理。结合改进的2D材料的晶圆级CVD生长，这种方法为可扩展的量子光子芯片提供了一条有前途的路线。
2019-04-18 physics.optics quant-ph
High-dimensional frequency-bin entangled photons in an optical microresonator on a chip
基于芯片级集成光源的量子频率梳是可扩展的、鲁棒的量子信息处理（QIP）的一个很有前途的候选方案。然而，为了将这些量子梳用于频域QIP，需要在频率基础上证明纠缠，表明纠缠光子处于多个频率仓的相干叠加中。我们提出了一个验证的qubit和qutrit频率仓纠缠使用一个片上的量子频率梳与40模式对，通过双光子干涉测量，是基于电光相位调制。我们的演示提供了一个重要的贡献，在建立集成的光学微谐振器作为一个源的高维频率仓编码的量子计算，以及密集的量子密钥分发。
2018-01-18 physics.optics quant-ph
Photon Conversion and Interaction on Chip
量子信号之间在单光子水平上的转换和相互作用是可扩展的量子光子信息技术的基础。使用完全优化的，极化的锂离子电池，我们展示了超高效的和频生成芯片。仅用$(104\pm4)$ $μ$ W泵浦功率，外量子效率达到$(65\pm3)\%$，将现有技术提高了一个数量级以上。在峰值转换时，在腔寿命内产生了$3\times10^{-5}$噪声光子，满足了单光子脉冲量子应用的要求。利用单光子相干态的泵浦和信号，我们直接测量到由单个泵浦光子产生的转换几率为$10^{-5}$ --打破记录100倍--光子-光子耦合强度为9.1 MHz。我们的结果标志着量子非线性光学在最终单光子极限的一个新的里程碑，创造了高度集成的光子学和量子光学计算的新背景。
2021-05-01 physics.optics quant-ph
Non-reciprocal nonlinear optic induced transparency and frequency conversion on a chip
光子芯片的发展促进了基于光子的经典和量子信息处理，这归因于集成光子器件的高稳定性和可扩展性[1，2]。光学非线性[3]在这些复杂的光子电路中是必不可少的，因为它允许经典和量子光源，全光开关，调制和周围环境中的非互易性。众所周知，微腔中的非线性相互作用常常大大增强[4]。然而，与电磁感应透明类似的腔中相干光子-光子相互作用的表现[5]从未在集成平台上报道过。在这里，我们提出了一个实验演示的相干光子-光子相互作用的二阶光学非线性（χ^{（2）}）诱导的氮化铝光子芯片。非互易非线性光致透明是由于不同颜色的光子（可见光波段的光子和电信光波段的光子）之间的相干干涉而产生的。此外，宽带频率转换与几乎单位的内部（0.14外部）的效率和带宽高达0.76\，\mathrm{GHz}被证明。
2015-11-25 physics.optics quant-ph
On Chip Manipulation of Single Photons from a Diamond Defect
利用单光子源实现可重构量子线路是光子量子信息科学与技术的一个重要目标。我们使用一个集成的波导器件，包括定向耦合器和一个可重构的热相位控制器来操纵从钻石中的铬相关的色心发射的单光子。波状干涉图样和粒子状亚泊松自相关函数的观测表明了从铬相关中心发射的单光子的相干操纵，并验证了波粒二象性。
2013-04-19 physics.optics quant-ph
Ultra-bright multiplexed energy-time entangled photon generation from lithium niobate on insulator chip
高通量纠缠光子源是量子光学研究和应用的关键光源。在这里，它是在隔离器上的锂氧化物（LNOI）芯片中实现的，具有2.79*10^11 Hz/mW的光子对速率和1.53*10^9 Hz/nm/mW的光谱亮度。与现有技术相比，这些数据提高了两个数量级以上。一个130 nm的宽带设计为8通道复用的能量-时间纠缠。利用高消光频率相关和高达99.17%可见度的Franson干涉，这种能量-时间纠缠复用进一步提高了高通量数据速率，并保证了芯片上量子信息处理的广泛应用。
2020-12-11 physics.optics quant-ph
High-quality photonic entanglement based on a silicon chip
量子和集成光子学的富有成效的联系，使人们有希望使用紧凑和可扩展的系统来产生、操纵和检测光的量子态。集成在单个芯片中产生电信波长范围内的高质量光子纠缠所需的所有构建模块仍然是一个重大挑战，主要是由于片上光抑制滤波器的性能有限。我们报告了一个独立的，符合电信，设备集成，在一个单一的基板上，一个非线性光子对发生器和一个无源泵浦抑制滤波器。使用标准的通道网格光纤解复用器，我们展示了这样的集成电路的第一个纠缠量化，显示了最高的原始量子干涉可见性的能量时间纠缠光子在两个电信波段。因此，由于利用泵浦滤波器获得的高水平的噪声抑制，可以产生非常纯的最大纠缠态。这些结果必将进一步促进符合电信标准的更先进和可扩展的光子集成量子系统的发展。
2020-02-24 physics.optics quant-ph
Topologically Protecting Squeezed Light on a Photonic Chip
压缩光是量子传感和信息处理中的一种重要光源。由于固有的弱光学非线性和有限的相互作用体积，通常需要相当大的泵浦功率来获得有效的相互作用，以在体晶体中产生压缩光。集成光子学通过将光严格限制在波导内来提供一种优雅的方式来增加非线性。为了构建执行多光子操作的大规模量子系统，在芯片上集成各种功能模块是必不可少的。然而，制造缺陷和传输串扰可能会增加不必要的衍射和耦合到其他光子元件，降低压缩的质量。在这里，通过引入拓扑相位，我们实验证明了拓扑保护的非线性过程的自发四波混频，使压缩光的产生在二氧化硅芯片上。我们测量了不同拓扑位置在不同演化距离下的互相关性，并以高保真度验证了非经典特征。测量了压缩参数，证明了对无腔强压缩态的保护。在芯片上对压缩光进行拓扑保护的演示为量子集成光子学带来了新的机遇，为先进的多光子电路的设计开辟了新的途径。
2021-06-14 physics.optics quant-ph
On-chip, photon-number-resolving, telecom-band detectors for scalable photonic information processing
集成是目前实现可扩展光子量子处理设备的唯一可行途径，这些设备足够复杂，可以真正用于计算，计量和模拟。嵌入式片上检测对此类设备至关重要。我们展示了一个集成的光子数分辨检测器，在电信频段在1550 nm，采用渐逝耦合设计，使其能够放置在任意位置内的平面电路。在引导光学模式中，通过从倏逝场吸收到钨过渡边缘传感器中来分辨多达5个光子。检测效率为7.2 \pm 0.5%。实验还证明了该探测器的偏振灵敏度。设备设计的详细建模显示了达到高检测效率的明确可行的路线。
2011-07-27 physics.optics quant-ph
Design and fabrication of ridge waveguide-based nanobeam cavities for on-chip single-photon sources
我们报告的脊形波导的纳米孔/纳米梁腔的设计，在芯片上，量子点为基础的单光子产生。我们的设计克服了低折射率对比度材料平台在发射模耦合效率方面的限制，并产生0.73的输出脊波导的耦合效率。重要的是，这种高耦合效率与9 nm半峰全宽的宽带操作相结合。我们提供了一个明确的设计程序，以确定最佳的几何参数，根据开发的设计。此外，我们制作和光学特性的概念验证波导结构。的微光致发光测量的结果提供了证据的腔增强自发发射从量子点，从而支持我们的设计芯片上的单光子源的应用的潜力。
2022-03-21 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
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
On-chip transverse-mode entangled photon pair source
集成纠缠光子对源是量子信息科学基础研究和实际应用的重要资源。目前已经有多种类型的纠缠，其中横模纠缠因其独特的优点而备受关注。本文报道了一种利用多模硅波导中的自发四波混频过程实现的片上横模纠缠光子对源。在$\sim$ 2~THz带宽内的多个频率通道上验证了横模光子对的存在，并产生了净保真度为$0.96\pm0.01$的最大纠缠Bell态.我们的纠缠光子对源是基于横模的量子光子学的关键元件，也有可能扩展到高维希尔伯特空间。此外，横模纠缠可以相干地转换为路径和偏振纠缠，这为实现多自由度的高复杂度量子光子电路铺平了道路。
2019-01-17 physics.optics quant-ph
Room-temperature on-chip generation of heralded single photons with switchable orbital angular momentum
在量子光学中，轨道角动量（OAM）具有无穷大和离散的本征值，可以通过l的拓扑荷量子化，是实现高维量子态的理想方法。在这里，提出了一种具有可切换OAM模式的预示单光子源，并在硅芯片上进行了演示。在室温下，利用热光效应成功地产生了11个OAM模（l=2~6，-6 ~-1）的单光子，并实现了光开关。我们相信，这样一个集成的量子源与多个OAM模式和工作在室温下将提供一个实用的平台，为高维量子信息处理。此外，我们提出的架构也可以扩展到其他材料系统，以进一步提高OAM量子源的性能。
2021-12-24 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
Strongly coupled single quantum dot-cavity system integrated on a CMOS-processed silicon photonic chip
量子光子集成电路（QPIC）是构建量子技术应用集成器件的一种很有前途的工具。在光学领域，由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术授权的硅光子学提供了用于实现大规模QPIC的光学组件。QPIC需要单光子水平的光学非线性来促进光子-光子相互作用。然而，迄今为止，具有确定性（即，尽管基于硅光子学的QPIC的功能性增强，但是通过使用基于硅的组件来实现单光子非线性（非概率性）是具有挑战性的。在本研究中，我们首次在CMOS制程的硅光子晶片上实现了强耦合的InAs/GaAs量子点-腔量子电动力学系统。采用转移印刷法在硅片上实现了GaAs腔体的异质集成。本文实现的CMOS光子芯片上的腔QED系统是一种很有前途的片上单光子非线性元件的候选者，它构成了基于QPIC的未来应用的基础组件，如通过腔对量子比特态的相干操纵和无损测量，以及高效的单光子滤波器和路由器。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
On-chip nanomechanical filtering of quantum-dot single-photon sources
光子集成电路中的半导体量子点使量子信息处理能够扩展到许多单光子和量子光门。芯片上的光谱滤波器对于实现嵌入波导中的量子点的高纯度和相干光子发射至关重要，而无需诉诸自由空间光学。这种光谱滤波器应该是可调谐的，以补偿量子点跃迁的不均匀光谱分布。在这里，我们报告了一个单片集成的片上滤波器与量子点，使用纳米机械运动调谐其谐振波长超过10 nm，使操作在低温下，并避免与发射器的串扰。我们证明了单光子发射的量子点下的非共振激发，仅采用片上滤波器。这些结果对于全集成解复用、多路径光子编码方案和多发射器电路的发展至关重要。
2019-10-13 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Hybrid integration methods for on-chip quantum photonics
集成量子光子学的目标是将用于产生、操纵和检测非经典光的组件组合在一个相位稳定且高效的平台中。固态量子发射器最近已经达到作为单光子源的杰出性能。与此同时，光子集成电路已经发展到可以在芯片上控制数千个元件，并且具有高效率和相稳定性。因此，研究人员现在开始将这些领先的量子发射器和光子集成电路平台结合起来，以实现每种技术的最佳性能。在这篇文章中，我们回顾了基于这种混合系统的集成量子光子学的最新进展。虽然混合集成解决了单个平台的许多局限性，但它也带来了因连接不同材料而产生的新挑战。我们回顾了固态量子发射器和光子集成电路中的各种问题，桥接这两个系统的混合集成技术，以及基于芯片的光子和发射器操纵方法。最后，我们讨论了集成量子发射器的片上量子光子学的剩余挑战和未来前景。
2019-11-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Direct Observation of Topology from Single-photon Dynamics on a Photonic Chip
拓扑学在物理学的许多分支中的表现，加深了我们对物态的认识。拓扑光子学最近已经成为一个快速发展的领域，因为人工光子结构可以很好地设计和构建，以支持拓扑状态，特别是有前途的大规模实现这些状态使用光子芯片。同时，由于霍尔电导对光子的不适用性，直接测量光子的整数拓扑不变量和拓扑相变仍然是一个难以解决的问题。在这里，我们提出了一个直接观察的拓扑缠绕数通过使用体态光子动力学芯片上。此外，我们首次通过单光子动力学实验观察到拓扑相变点。综合拓扑结构、单光子状态下的直接测量和对无序的强大鲁棒性为“量子拓扑光子学”的工具箱增添了关键要素，并可能实现大规模的拓扑保护量子信息处理。
2018-11-06 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Two-photon interference from independent cavity-coupled emitters on-a-chip
固态量子发射体和腔体之间的相互作用对于量子通信、线性光学量子计算、非线性光子学和光子量子模拟中的广泛应用是重要的。这些应用通常需要在单个芯片上组合具有相同发射波长的许多器件，以产生双光子干涉，这是实现有效光子-光子相互作用的主要机制。由于不均匀加宽和制造误差使发射器和腔体的谐振频率随机化，这种集成仍然极具挑战性。在这封信中，我们展示了来自同一芯片上的独立腔耦合发射器的双光子干涉，为这个长期存在的问题提供了一个潜在的解决方案。我们克服了由于制造误差不同的腔之间的光谱失配沉积和局部蒸发一薄层的冷凝氮。我们集成了光学加热器，将每个腔体内的各个点调谐到相同的谐振，精度优于3 μeV。结合这些调谐方法，我们证明了在同一芯片上间隔小于15 μm的两个器件之间的双光子干涉，选择后的可见度为33%。这些结果为在同一芯片上集成多个量子光源以开发量子光子器件铺平了道路。
2016-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Broadband Single-Mode Hybrid Photonic Crystal Waveguides for Terahertz Integration on a Chip
研制了一种新型的太赫兹混合波导芯片，该芯片由硅光子晶体和平行的金片构成。模拟和实验结果表明，混合波导提供了一个宽的单模传输窗口，低群速度色散和低损耗。这种紧凑、无衬底的太赫兹芯片将在宽带、密集集成、多功能太赫兹系统中发挥重要作用。
2020-03-20 physics.optics
Engineering the light coupling between metalens and photonic crystal resonators for robust on-chip microsystems
我们设计了一个片上变形光学系统的超透镜-光子晶体谐振器元系统的晶圆兼容硅光子平台。通过调整片上超透镜的聚焦长度和模式尺寸，超透镜与光子晶体谐振器和波导结构之间的插入损耗通过模式匹配被最小化。该微系统不涉及任何单模硅纳米线波导，因此在没有任何氧化物包层的情况下具有机械鲁棒性。所提出的微系统是理想的小型化的化学和生物传感器在空气或溶液环境中工作。
2021-03-09 physics.optics
Monolithic photonic chips for multi-channel frequency mixers and single photon detectors
钛酸锂光子芯片凭借其优异的光学性能，可以实现多种应用的光学工程。在这封信中，我们展示了单片光子芯片的多通道和频转换的基础上，反向质子交换周期性极化的锂硼酸盐波导，与不同的渠道表现出一致的和优秀的转换效率。为了获得强大的设备并为应用提供方便的接口，集成芯片与两个光纤阵列进行光纤耦合。然后，封装的芯片形成多通道上转换单光子探测器的核心。在每个通道中，输入信号与1950 nm单频泵浦激光器相互作用，并通过硅雪崩光电二极管对和频输出进行光谱滤波和检测。平均探测效率（DE）为23.2%，噪声计数率（NCR）为557计数每秒（cps），30个通道的标准偏差为2.73%和48 cps，以及邻近通道之间的光隔离（OI）大于71 dB，这对于单片光子芯片在深空激光通信、高速率量子密钥分发和单光子成像等领域的广泛应用是极好的。
2020-03-13 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Photostable molecules on chip: integrated single photon sources for quantum technologies
量子光源和非线性元件的片上集成对发展可扩展的量子信息和通信光子平台提出了严峻的挑战。在这项工作中，我们展示了一种新的混合技术，它结合了单个有机分子作为量子发射器和介电芯片，脊波导和光栅远场耦合器组成的潜力。蒽晶体中的二苯并三萘分子具有长期的光稳定性、简单的制备方法、几乎单一的量子产率和低温下的寿命限制发射。考虑到两个传播方向，我们以高达42+/-2%的耦合效率将这样的单发射器耦合到氮化硅脊形波导。该平台旨在支持片上和自由空间单光子处理。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
On-chip III-V monolithic integration of heralded single photon sources and beamsplitters
我们展示了单片III-V光子电路结合了一个预示着单光子源与分束器，在室温和电信波长。AlGaAs波导中的脉冲参量下转换产生反向传播的光子，其中一个光子用于预示其孪生光子注入分束器。我们使用这种配置来实现一个集成的Hanbury-Brown和Twiss实验，产生一个预示着二阶相关$g^{(2)}_{\rm her}(0)=0.10 \pm 0.02$，确认单光子操作。在单个III-V族半导体芯片上展示的量子态的产生和操纵为量子信息的实际应用开辟了有希望的途径。
2018-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fully on-chip single-photon Hanbury-Brown and Twiss experiment on a monolithic semiconductor-superconductor platform
量子密码学、光子量子精密测量、光子量子模拟器和计算机等光子量子技术将在很大程度上受益于高度可扩展和占用空间小的量子光子电路。为了实现完全的片上量子光子操作，需要三个基本的构建模块：单光子源、光子电路和单光子探测器。硅和相关平台上的高度集成的量子光子芯片已经被证明只包含这些基本构建块中的一个或两个。所有三个组件的先前实现主要受到激光杂散光的限制，使得时间滤波成为必要或需要复杂的操作来将所有组件转移到一个芯片上。到目前为止，一个单一的，同时实施的所有元素演示单光子操作仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个完全集成的Hanbury-Brown和Twiss设置在微米尺寸的足迹，由GaAs波导嵌入量子点作为单光子源，波导分束器和两个超导纳米线单光子探测器。这使得在连续波和脉冲共振激发下的单光子水平的二阶相关测量。
2018-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Anyonic two-photon statistics with a semiconductor chip
任意子，显示玻色子和费米子之间的分数交换统计的粒子，在分数量子霍尔效应和各种自旋晶格模型中起着核心作用，并且由于它们对噪声的弹性而被提出用于拓扑量子计算方案。在这里，我们使用集成半导体芯片中的参数下转换，以可重构的方式产生模拟任意粒子统计的双光子态。我们的方案利用了光子对的频率纠缠，这是直接通过泵浦光的空间整形控制。这些结果，在室温和电信波长的芯片集成平台上展示，铺平了道路的量子模拟任务的实际实施与定制的粒子统计。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multifunctional Control of On-chip Generated Photons by a Single Collective Mode in Monolithically Integrated All-Dielectric Scalable Optical Circuits
最近，我们提出了使用布置在元结构中的耦合介电谐振器的单个集体米氏模式，所述元结构被设计为同时增强发射速率、控制方向以及从嵌入式单光子源（SPS）发射的光子的传播[J. Opt. Soc. Am. B33（12），2414（2016）; J.Appl.Phys.120，243103（2016）]。在这里，我们扩展的分析，包括必要的额外的两个功能的光束分裂和控制梳的光子从两个不同的芯片上的干扰源。因此，所设计的系统的相同的单Mie模式在片上集成光学电路的不同空间区域中提供了所有所需的五种功能，从而能够完全控制用于经典和量子光学信息处理的光子干涉。讨论了适合这种片上可扩展集成的单光子源架构。
2018-09-14 physics.optics
On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons
集成光子电路是光子量子技术和实现基于芯片的量子器件的关键部件。未来的应用需要灵活的架构来克服许多当前设备的常见限制，例如缺乏可调性或内置量子光源。在这里，我们报告的动态可重构集成光子电路，包括集成量子点（QD），马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和表面声波（SAW）换能器直接制造在单片半导体平台上。我们演示了片上单光子产生的量子点及其亚纳秒级的动态片上控制。两个独立应用的SAW压电光学机械地旋转MZI中的单光子或光谱调制QD发射波长。在MZI中，SAW压印了一个依赖于时间的光学相位，并将量子比特旋转调制到输出叠加态。这实现了频率超过1千兆赫的动态单光子路由。最后，量子点的动态单光子控制和光谱调谐的结合实现了输入光子态的波长复用和在输出端的解复用。我们的方法可扩展到多组件集成量子光子电路，并与混合光子架构和其他关键组件，例如光子谐振器或片上检测器兼容。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
On-Chip Detection of Entangled Photons by Scalable Integration of Single-Photon Detectors
光子集成电路（PIC）已经成为使用光子和原子系统的复杂量子技术的可扩展平台。一个中心目标是集成光子分辨探测器，以减少与片外探测器相关的光损耗、延迟和布线复杂性。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是特别有吸引力的，因为高检测效率，亚50 ps的定时抖动，纳秒级的复位时间，从可见光到中红外光谱的灵敏度。然而，虽然单个SNSPD已经被并入到单独的波导中，但是由于低器件成品率，在一个光子电路中的多个SNSPD的系统效率被限制在0.2%以下。在这里，我们介绍了一个微米级倒装芯片工艺，使SNSPD的可扩展集成在一系列的PIC。10个低抖动探测器集成在一个PIC上，器件成品率为100%。对于一个PIC上的多个SNSPD，平均系统效率超过10%，我们展示了非经典光的高保真片上光子相关测量。
2014-05-16 physics.optics
Nonlinear Nanophotonic Chip-space Interfaces: On-chip Generation of Structured, Topological and Spatiotemporal Lights Via Nonlinear Čerenkov Radiation
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院光电材料与技术国家重点实验室）；CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息重点实验室）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息与量子物理学前沿卓越创新中心）
通过非线性切连科夫辐射在芯片上生成结构化、拓扑和时空光，实现多维非线性光学工程。
2026-03-06 physics.optics
Coherent generation of nonclassical light on chip via detuned photon blockade
在芯片上产生光的非经典态是未来光量子硬件的关键要求。在固态腔量子电动力学中，这种非经典光可以由强耦合到光子晶体腔的自组装量子点产生。它们的非谐强光-物质相互作用在单光子水平上导致大的光学非线性，其中单个光子进入腔体可以增强（光子隧穿）或减少（光子阻塞）第二个光子进入腔体的概率。在这里，我们证明，失谐的腔和量子点共振，使高纯度的非经典光的强耦合系统的产生。对于特定的失谐，我们表明，不仅纯度，而且单光子产生的效率显着增加，使高质量的单光子产生的光子封锁可能与当前最先进的样品。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Room-temperature on-chip orbital angular momentum single-photon sources
携带轨道角动量（OAM）的片上光子源在经典和量子体系中都需要高容量的光学信息处理。然而，目前开发的集成OAM源主要限于经典机制。本文中，我们展示了一个室温片上集成OAM源，该源发射出准直良好的单光子，单光子纯度为g（2）（0）= 0.22，携带纠缠的自旋和轨道角动量态，并形成两个空间分离的纠缠辐射通道，具有不同的偏振特性。OAM编码的单光子是通过有效地耦合发散的表面等离子体激元激发与确定性定位的量子发射器通过阿基米德螺旋光栅。我们的OAM单光子源弥合了传统OAM操作和非经典光源之间的差距，使高维和大规模的光子量子系统用于信息处理。
2021-04-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
