All-Dielectric Resonant Cavity Electro-Optic Transduction Between Microwave and Telecom
University of Pittsburgh(匹兹堡大学)
基于全电介质共振腔实现微波与电信波光电转换,具备高效率和低噪声的特性,适用于高精度微波场传感和量子转换
2026-01-19 quant-ph
Cavity opto-electromechanical system combining strong electrical actuation with ultrasensitive transduction
报道了一种腔式光机电系统,它将腔式光机电系统的超灵敏换能与纳机电系统的电驱动相结合。超灵敏的机械转换是通过光-机械耦合实现的。实现了高达0.40 $μ$ N的电梯度力,从而促进了超低耗散的强驱动。实现了扫描探针显微镜,能够表征机械模式。将电致动集成到光机械设备中是朝着量子非线性动力学的制度迈出的一步,并为机械运动的量子控制提供了新的能力。
2010-05-27 physics.optics quant-ph
Thin Film Lithium Niobate on Diamond (LiNDa) platform for Efficient Spin-Phonon Coupling
本文提出将薄膜铌酸锂与金刚石异质集成的LiNDa声子平台,利用声表面波实现单个SiV电子自旋的相干声学控制,并使Rabi频率较氮化铝-金刚石器件提升两倍以上。
2025-05-13 quant-ph
High-Q photonic resonators and electro-optic coupling using silicon-on-lithium-niobate
未来的量子网络中,超导量子处理器通过光链路连接,将需要保持纠缠的微波-光子转换器。双谐振电光调制器(EOM)是实现这一转换的理想平台。在这里,我们提出了我们的进展,通过展示的光学谐振的一半设备,建立这样的调制器。我们展示了高品质因数的环,盘和光子晶体谐振器使用的混合硅上的锂-硅酸盐材料系统。光学品质因数达到730,000,对应于0.8 dB/cm的传播损耗。我们还使用电光效应调制的谐振频率的光子晶体腔,实现电光调制系数在1和2 pm/V之间。除了量子技术,我们预计,我们的研究结果将是有用的,在传统的硅光子学应用和高灵敏度的声光器件。
2016-12-07 physics.optics quant-ph
Terahertz-Mediated Microwave-to-Optical Transduction
本文提出基于太赫兹中间频率态的两步电光转换方案,通过连续泵浦实现近统一外部效率并大幅抑制热噪声,为超导量子处理器与光学信道在MHz级比特率下的量子噪声限制接口提供可能。
2023-07-07 physics.optics quant-ph
Light-Induced Microwave Noise in Superconducting Microwave-Optical Transducers
该研究探究了超导微波-光学换能器中光致微波噪声的来源与机制,揭示了三种不同时间常数的噪声,并提出缓解策略,助力实现量子换能。
2023-11-14 quant-ph
Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
将电子器件与光纤网络连接是远距离传输经典和量子信息的关键。压电光机械换能器通过使用GHz频率的声振动作为介体来实现这样的接口,用于经由光机械和压电相互作用的组合将微波光子转换为光学光子。然而,尽管成功的示范,有效的压电光学机械转换仍然遥不可及,由于与混合材料集成和压电材料在量子机制下操作时增加的损耗相关的挑战。在这里,我们展示了另一种方法,在该方法中,我们致动5 GHz的声子在传统的绝缘体上硅平台。在我们的实验中,微波光子共振驱动声子晶体振荡器通过静电力实现在一个电荷偏置的窄隙电容器。机械振动随后通过声子波导传递到光机械腔,在那里它们在泵浦激光场的边带中转换成光学光子。工作在室温和大气压下,我们测量了微波到光子的转换效率为$1.8 \times 10^{-7}$在3.3 MHz的带宽,并证明了有效的相位调制与半波电压为$V_π= 750 $ mV。我们的研究结果标志着一个垫脚石量子转换与集成器件由晶体硅,这保证了高效的高带宽操作,并与超导量子位的集成。此外,由于不需要压电性或其他固有的非线性,我们的方法适用于量子技术以外的各种材料。
2022-10-24 physics.optics quant-ph
Cryogenic Electro-Optic Polarisation Conversion in Titanium in-diffused Lithium Niobate Waveguides
量子光子学中的许多技术需要低温条件来操作。但是,开关、调制器和移相器等有源器件背后的底层平台必须与这些工作条件兼容。为了解决这个问题,我们展示了一个电光偏振转换器,在0.8K的1550 nm的光在钛扩散锂的钛酸盐波导。为此,我们利用锂的电光特性在正交偏振模式之间转换,光纤到光纤的传输> 43%。调制深度为23.6 ± 3.3dB,转换电压-长度积为28.8V cm。这使得低温光子学和有源元件能够在单个集成平台上组合。
2020-06-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cryogenic electro-optic modulation in titanium in-diffused lithium niobate waveguides
锂离子电池是集成量子光学的一个很有前途的平台。在这个平台中,我们的目标是有效地操纵和检测量子态结合超导单光子探测器和调制器。超导单光子探测器的低温操作决定了在相同操作条件下电光调制器的优化。为此,我们在环境温度和低温下都测试了相位调制器、定向耦合器和偏振转换器。这些调制器的工作电压$V_{π/2}$由于电光效应的降低而增加,对于相位调制器降低74%,对于定向耦合器降低84%,对于偏振转换器降低35%,低于8.5 $\,\mathrm{K}$。相位调制器保持其宽带特性,并在所表征的波长范围内调制光。定向耦合器的未偏置条状态改变了85 $\,\mathrm{nm}$的波长偏移,同时将器件冷却到5 $\,\mathrm{K}$。偏振转换器使用周期性极化来相位匹配两个正交偏振。当冷却到5 $\,\mathrm{K}$时,所用极化的相位匹配波长改变112 $\,\mathrm{nm}$
2022-02-01 physics.optics quant-ph
Opto-RF transduction in Er$^{3+}$:CaWO$_4$
本研究利用掺铒CaWO₄晶体实现12 GHz射频与1532 nm光的谐振转换,表征了电光与量子两种效率,发展薛定谔-麦克斯韦模型并关联腔QED方法。
2024-03-07 physics.optics quant-ph
Stable, bidirectional electro-optic transduction in thin film lithium tantalate
Miraex SA(Miraex公司);École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)(洛桑联邦理工学院)
本研究首次在薄膜钽酸锂平台上实现集成电光微波-光学转换器,利用晶圆级深紫外光刻制造超导微波谐振器与可调光子分子光学谐振器,实现双向相干转换,效率与耦合率与理论一致,并展示静态偏置下的多天连续稳定运行。
2026-06-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Integrated Photonic Quantum Computing: From Silicon to Lithium Niobate
Tongji University(同济大学);Shanghai University(上海大学);National University of Singapore(新加坡国立大学);Nanyang Technological University(南洋理工大学);University of Bristol(布里斯托大学);The Hong Kong Polytechnic University(香港理工大学)
本文综述了基于硅和铌酸锂的集成光子量子技术发展,探讨了硅基系统对铌酸锂技术扩展的启示,并展示了铌酸锂在电光调谐和非线性能量转换中的关键作用。
2026-02-02 physics.optics quant-ph
Design of a release-free piezo-optomechanical quantum transducer
针对悬浮式压电光机械换能器热锚定差及噪声-效率权衡问题,提出一种基于蓝宝石上硅的无释放型换能器设计,利用高波矢机械模式提升热锚定与相干性,并适用于低功率声光系统。
2024-08-27 physics.optics quant-ph
Cooling and control of a cavity opto-electromechanical system
我们实现了一个腔光机电系统集成电驱动能力的纳米机电设备与超灵敏的机械转导实现通过腔内光机械耦合。实现了高达0.40 microN的电梯度力,同时机械转换灵敏度为1.5 X 10^-18 m/rtHz,比迄今为止的任何纳米机电系统都提高了三个数量级。展示了光机电反馈冷却,表现出强烈的挤压的环内转导信号。即使在测量反作用引起光机械相关的临界范例中,环外换能也提供准确的温度校准。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Harnessing Brillouin Interaction in Rare-earth Aluminosilicate Glass Microwires for Optoelectromechanic Quantum Transduction
针对氮化硅薄膜光电机械转换中电光转换损耗问题,提出在稀土铝硅酸盐玻璃微线光纤锥中利用布里渊相互作用,实现195.57 THz光信号到325.08 MHz微波信号的高效转换,效率约45%。
2023-01-07 physics.optics quant-ph
Low Noise Opto-Electro-Mechanical Modulator for RF-to-Optical Transduction in Quantum Communications
本研究提出一种用于量子通信射频-光转换的低噪声光电机械调制器,通过超相干纳米膜谐振器与微加工读出的射频电路耦合实现,测得室温下Q因子超10⁶,其氮化钛层可超导化以开发高效量子转换器。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Heterogeneous integration of superconducting thin films and epitaxial semiconductor heterostructures with Lithium Niobate
研究在铌酸锂上异质集成超导电极与半导体量子点,利用超导薄膜作为表面声波谐振器电极实现品质因数三倍提升,并验证了量子点与声子场的耦合及声电控制,为光子与声子间的量子转换提供了可扩展平台。
2023-04-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
An integrated microwave-to-optics interface for scalable quantum computing
本文提出一种基于超导谐振器、硅光子腔和铌酸锂机械振荡器的集成微波-光学换能器,实验证明其同时具备低噪声、0.9%效率、14.8 MHz带宽和100 kHz重复率,为分布式量子计算奠定基础。
2022-10-27 physics.optics quant-ph
Electro-optomechanical equivalent circuits for quantum transduction
利用光学机械学的技术,高$Q$机械振荡器可以作为频率差异很大的电磁模式之间的链接。这种方法已成功地用于经典信号的频率转换,并具有在超导电路和行进的光信号之间执行量子态转移的潜力。这种换能器通常在线性状态下操作,其中混合系统可以使用基于Heisenberg-Langevin方程的线性响应理论来描述。虽然在数学上很容易解决,但这种方法对混合系统的动力学几乎没有直观的了解,无法帮助优化换能器。作为这样的电光机械传感器的分析和设计工具,我们介绍了一个等效电路形式主义,整个传感器是由一个电路。因此,我们将光学机械系统的转换功能集成到电气工程的工具箱中,允许使用其成熟的设计技术。这种统一的阻抗描述可以应用于静态(DC)和谐波变化(AC)驱动场,适应任意线性电路,并且不限于解析边带制度。此外,通过建立等效电路的量子化输入输出形式,利用电路分析方法得到了线性换能器的散射矩阵,从而对换能器进行了完整的量子力学表征。因此,整个换能器到电气工程语言的这种映射既揭示了换能器如何执行,同时也可以通过帮助设计合适的电路来优化其性能。
2018-06-14 physics.optics quant-ph
Bidirectional microwave-optical transduction based on integration of high-overtone bulk acoustic resonators and photonic circuits
提出一种将压电致动器单片集成于氮化硅光子电路的三谐振双向微波-光学转换器,在室温下实现宽带高效转换并支持纯光输入生成微波脉冲。
2023-12-13 physics.optics quant-ph
Quantum transduction of superconducting qubit in electro-optomechanical and electro-optomagnonical system
本文研究了在电-光力学和电-光磁力学系统中,超导量子比特向光子的顺序量子转换,通过非破坏性相互作用将量子比特态编码至声子/磁振子模式,并利用光学腔光子计数揭示量子比特态。
2023-05-19 quant-ph
Integrated electro-optics on thin-film lithium niobate
本综述介绍薄膜铌酸锂集成电光技术的原理、优势、突破性器件及应用前景,搭建基础科学与技术前沿的联系。
2024-04-11 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Lithium Niobate Piezo-optomechanical Crystals
演示一种有效连接光、运动和微波的设备是经典和量子光子学的一个突出挑战。我们在这个方向上取得了重大进展,展示了一个光子晶体谐振器上的薄膜锂离子电池(LN),同时支持高- $Q$光学和机械模式,其中的机械模式压电耦合到微波。对于光机耦合,我们利用LN的光弹效应,通过优化器件参数来实现耦合率$g_0/2π\approx 120~\textrm{kHz}$。实现了导致声子激光的光机械协同性$C>1$。纳米谐振器上的电极压电地驱动光束上的机械波,然后光学地读出,允许直接观察声子带隙。测量了$η\approx10^{-8}$从输入微波端口到局部机械谐振的量子耦合效率。微波电路和电极几何形状的改进可以提高这种效率,并使集成超低功耗调制器和量子微波-光转换器更接近现实。
2019-03-03 physics.optics quant-ph
Perspectives on quantum transduction
量子换能是将量子信号从一种能量形式转换为另一种能量形式的过程,是量子科学和技术的一个重要领域。本文综述了微波和光子之间的量子转换,这是一个最近出现了很多活动和进展的领域,因为它与长距离连接超导量子处理器以及其他应用有关。我们的审查涵盖了领先的方法来实现这样的转导,重点是那些基于原子系综,光机电,电光。我们从不同应用的角度简要讨论了相关指标,以及未来的挑战。
2019-10-10 quant-ph
High-fidelity quantum transduction with long coherence time superconducting resonators
为了实现量子通信协议和量子传感中的高效率和高保真度,我们提出了一种基于长相干时间超导腔与电光谐振器耦合的新型量子转换混合系统。©2022作者(S)
2022-05-03 quant-ph
Optical memories and transduction of fields in double cavity optomechanical systems
使用电磁感应透明,我们展示了如何光机械系统可以被用来作为存储元件以及光场的转导。我们使用双腔光学机械系统,以促进此类应用。通过调谐第二腔的频率,可以产生各种频率的输出场。我们提出了由驱动第二腔的场的功率和失谐量控制的稳态行为的分析结果。
2012-10-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Barium Titanate and Lithium Niobate Permittivity and Pockels Coefficients from MHz to Sub-THz Frequencies
本文测量了LN和BTO在100 MHz至330 GHz的Pockels系数和介电常数,发现BTO电光特性大且具频率依赖性,并提出了设计平坦响应器件的方法,支持高速BTO器件设计。
2025-03-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
High-efficiency microwave-optical quantum transduction based on a cavity electro-optic superconducting system with long coherence time
微波和光子之间的频率转换是在超导量子处理器之间建立联系和实现分布式量子网络的关键技术。我们提出了一个微波-光学转换平台的基础上长相干时间超导射频(SRF)腔耦合到电光光学腔,以减轻损失机制,限制实现高转换效率。在设计中,我们优化了微波-光场重叠和光耦合损耗,同时在毫开尔文温度下实现了长的微波和光子寿命。这表示在140 $μ$ W的泵浦功率下,对应于少光子量子状态,转导效率显著提高高达50%。此外,该方案具有高分辨率的光学读出的色散位移所引起的超导transmon量子比特耦合到SRF腔。我们还表明,两个远程量子系统之间的预示纠缠产生的保真度增强的低微波损耗。最后,量子传感中的高精度可以在标准量子极限以下达到。
2022-06-30 quant-ph
Generation and manipulation of entangled photons in a domain-engineered lithium niobate waveguide
我们提出将电光调谐功能整合到周期性极化锂离子晶体(PPLN)中偏振纠缠光子对的产生过程中。由于PPLN的多功能性,可以同时实现自发参量下转换和电光偏振旋转效应。因此,通过调节施加的场,正交偏振和平行偏振光子对可以立即切换。研究了该源的特性,显示出可调的带宽和高纠缠度。此外,其他类型的可重构纠缠也可以通过适当的域设计来实现。我们相信畴工程是下一代功能集成量子线路的一个非常有前途的解决方案。
2013-07-15 quant-ph
Overcoming the fundamental limit of quantum transduction via intraband entanglement
针对量子转换器效率受泵浦功率和非线性耦合限制的问题,提出利用带内纠缠辅助的压缩器-耦合器-反压缩器结构,无噪声提升转换效率,突破效率-带宽乘积根本限制并显著增加量子容量。
2024-12-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Collective Electronic Entanglement via Infrared Cavity-Induced Vibronic Transduction
Technion - Israel Institute of Technology(以色列理工学院)
研究利用荧光编码红外光谱,在振动强耦合下违反分子集体强耦合标度律,实现非局域振动纠缠到集体电子纠缠的转化,为室温量子技术和化学途径相干控制提供可扩展框架。
2026-07-23 physics.chem-ph quant-ph
Microwave-to-Optical Quantum Transduction of Photons for Quantum Interconnects
Fujitsu Research, Fujitsu Limited(富士通研究所,富士通有限公司)
本文综述了微波与光子之间量子转导的理论和实验研究,探讨了转导机制及在超导量子计算中的应用。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Millikelvin measurements of permittivity and loss tangent of lithium niobate
本文提出使用在 7 GHz 运行的超导射频腔,在 50 mK 毫开尔文温度下以空前精度测量了铌酸锂的相对介电常数张量与损耗角正切,为量子计算等领域的应用提供了关键数据。
2023-05-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A silicon-organic hybrid platform for quantum microwave-to-optical transduction
低损耗光纤链路有可能将超导量子处理器长距离连接在一起,形成大规模量子网络。这些未来网络的一个关键组成部分是量子换能器,它可以将光子从微波频率相干地双向转换为光学频率。提出了一种基于硅-有机杂化光子学的电光光子转换平台。我们的器件结合了高品质因数微波和光学谐振器与电光聚合物包层,以执行从6.7 GHz到193 THz(1558 nm)的微波到光子的转换。该装置实现了330 Hz的电光耦合率在millikelvin稀释冰箱环境。我们使用的光外差测量技术,以证明单边带性质的转换与约10分贝的选择性。我们分析了我们的设备中杂散光的影响,并提出了可以减轻这种影响的方法。最后,我们提出了高阻抗螺旋谐振器的设计,以增加电光耦合的初步结果。
2019-12-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Integration of Quantum Emitters with Lithium Niobate Photonics
量子发射器与集成光子学的集成实现了量子模拟器、计算机和网络的光子实现所必需的复杂量子光子电路。薄膜三酸锂是量子光子学的理想材料衬底,因为它可以将光紧紧地限制在小波导中,并且具有很强的电光效应,可以在低功率和高速度下开关和调制单光子。然而,锂离子电池缺乏有效的单光子发射器,这对于可扩展的量子光子电路至关重要。我们展示了单光子发射器与锂离子酸盐光子芯片的确定性耦合。发射器由嵌入在InP纳米束中的InAs量子点组成,我们使用拾取和放置方法将其转移到具有纳米级精度的锂酸盐波导。绝热锥形将发射到纳米束中的单光子高效地传输到锂离子酸盐波导。我们验证单光子性质的发射使用光子相关测量与片上分束器进行。我们的研究结果表明,快速,可重构的量子光子电路的量子信息处理的重要一步。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum transduction is enhanced by single mode squeezing operators
量子转换是扩展分布式量子架构的重要组成部分,并且基于各种物理平台积极追求。然而,证明具有正量子容量的换能器在实践中仍然具有挑战性。在本工作中,我们讨论了一种新的方法,放宽阻抗匹配条件到半阻抗匹配条件,这是通过在电光转换器中引入双光子驱动来实现的。我们表明量子转导能力可以增强,并可以理解在一个简单的干涉图的帮助下布洛赫弥赛亚分解。确定了具有正量子容量的参数区域,并比较了有无驱动的情况,表明参数驱动诱导的增强在演示量子态转换方面确实有前途,并且有望提高各种物理平台的转导性能。
2022-05-08 quant-ph
Intra-band entanglement-assisted cavity electro-optic quantum transducer
本文提出带内纠缠辅助腔电光量子换能器,通过压缩参数调谐增强换能效率,并识别三种量子通道,显著提升转换带宽和高量子容量,优于无纠缠辅助方案。
2025-03-26 quant-ph
Tunable large free spectral range microring resonators in lithium niobate on insulator
微波谐振器是用于滤波、传感和非线性应用的关键光子器件。迄今为止,LNOI中高性能微腔谐振器的发展受到所制造脊形波导的侧壁角度、粗糙度和蚀刻深度的限制。我们提出了大自由光谱范围的微波谐振器图案通过电子束光刻在高折射率对比度$Z$切割LNOI。我们的微波谐振器实现了大于5 nm的FSR为30 $μ$ m的环半径和大的3 dB谐振带宽。我们证明了3 pm/V的电光调谐的70 $μ$ m半径的环。这项工作将使有效的片上滤波LNOI和未来,更复杂的,微谐振器网络和非线性场增强应用。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Fast path and polarisation manipulation of telecom wavelength single photons in lithium niobate waveguide devices
我们展示了快速偏振和路径控制的光子在1550 nm的锂的光波导器件使用的电光效应。我们展示了单光子态工程、量子干涉、双纠缠光子的快速态制备和量子干涉的反馈控制。这些结果指出了一个单一的平台,这将使非线性单光子源和快速可重构电路的集成,为未来的光子量子信息科学和技术。
2011-07-18 quant-ph
Characterization of Er$^{3+}$:YVO$_{4}$ for microwave to optical transduction
微波频率和光频率之间的量子转换对于量子网络中超导量子平台的连接非常重要。由于稀土离子在微波和光学频率下的集体相干特性,它们是实现这种转换的有希望的候选者。铒离子由于其与光纤通信网络兼容的电信波长光跃迁而受到特别关注。在这里,我们报告的光学和电子自旋特性的铒掺杂钇原钒酸盐(Er $^{3+}$:YVO $_{4}$),包括高分辨率的光学光谱,电子顺磁共振研究和微波光转换的经典领域的初步演示。Er $^{3+}$:YVO $_{4}$的高吸收光跃迁和窄的系综线宽使其有望用于磁光量子转换。
2021-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Atomically-thin quantum dots integrated with lithium niobate photonic chips
锂的电光、声光和非线性特性使其成为集成量子光子电路的高度通用的材料平台。量子技术应用的先决条件是能够有效地集成单光子源,并引导产生的光子通过特设电路。在这里,我们报告的集成量子点在单层WSe 2到Ti扩散的锂的定向耦合器。我们研究了单个量子点与波导模式的耦合,它们的空间重叠,以及混合集成光子电路的整体效率。
2018-10-18 physics.app-ph quant-ph
Atomic microwave-to-optical signal transduction via magnetic-field coupling in a resonant microwave cavity
原子蒸气提供了许多机会来操纵跨越宽范围的电磁波谱的电磁信号。这里,具有音频调制的微波信号通过利用原子微波-光学双谐振和由谐振高Q微波腔放大的磁场耦合来对光信号中的信息进行编码。使用这种方法,音频信号被编码为GHz载波中的幅度或频率调制,通过电缆或自由空间传输,通过腔增强的原子-微波相互作用解调,最后,光学检测以提取原始信息。这种原子腔信号转换技术提供了一种强大的手段,通过它在微波场和光场之间传输信息,所有这些都使用相对简单的实验装置,而无需有源电子器件。
2020-01-09 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Kinetic Inductive Electromechanical Transduction for Nanoscale Force Sensing
本文提出一种基于超导纳米线动感电感的共面谐振机械力传感器,利用悬臂运动诱导表面应变改变动感电感,通过多频泵浦实现相位敏感检测,为原子力显微镜提供纳米尺度力传感新方案。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph