9~GHz measurement of squeezed light by interfacing silicon photonics and integrated electronics
光子量子技术可以通过支撑量子硬件和用于经典读出和控制的相应电子器件的单片制造来增强。总之，这使得小型量子设备（如量子通信节点，量子传感器和随机性源）的小型化和大规模制造成为可能，并承诺组装有用的量子计算机所需的制造精度和规模。在这里，我们将CMOS兼容的硅和硅上锗纳米光子学与硅锗集成放大电子学相结合，以提高量子光的片上零差检测的性能。我们观察到一个3 dB的带宽为1.7 GHz，散粒噪声限制性能超过9 GHz，并minaturise所需的足迹为0.84 mm。我们使用该设备来观察量子压缩光，从100 MHz到9 GHz，在锂离子波导中产生。这表明，全集成方法产生的量子技术零差探测器比迄今为止已经实现的更快，并为光子量子器件的全堆叠集成开辟了道路。
2020-09-29 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
Hybrid integration of solid-state quantum emitters on a silicon photonic chip
可扩展的量子光子系统需要耦合到集成光子器件的有效单光子源。固态量子发射器可以高效率地产生单光子，而硅光子电路可以在集成器件结构中操纵它们。因此，结合这两种材料平台可以显着增加集成量子光子器件的复杂性。在这里，我们展示了固态量子发射器到硅光子器件的混合集成。我们开发了一种拾放技术，可以定位外延生长的InAs/InP量子点发射在电信波长的硅光子芯片上确定性与纳米级精度。我们采用绝热锥形的方法将量子点的辐射高效率地传输到波导中。我们还采用了一个芯片上的硅光子分束器进行Hanbury-Brown和Twiss测量。我们的方法可以将预先表征的III-V量子光子器件集成到大规模光子结构中，以实现由许多发射器和光子组成的复杂器件。
2017-08-12 physics.app-ph quant-ph
Silicon Quantum Photonics
集成的量子光子应用，提供物理保证的通信安全性，子散粒噪声测量和巨大的计算能力，几乎在技术范围内。硅作为一个技术平台，在建立微电子革命方面已经被证明是不可想象的，在量子技术革命中也可能如此。硅已经掀起了光子学的风暴，其承诺的可扩展制造，集成和与CMOS微电子兼容。这些相同的性质，以及其他一些性质，也激发了它在大规模量子光学中的应用。在这篇文章中，我们提供了硅量子光学的发展背景。我们回顾了构成集成量子光子系统的各种组件的发展，并确定了硅量子光子学必须面对的挑战及其潜在的解决方案，以使量子技术成为现实。
2017-07-07 physics.optics quant-ph
On-chip generation and demultiplexing of quantum correlated photons using a silicon-silica monolithic photonic integration platform
我们演示了在由硅和硅基波导组成的单片光子芯片上量子相关光子的产生和解复用。在硅基波导平台上制作了阵列波导光栅，成功地将非线性硅波导中产生的光子对分成两个光通道。
2014-09-14 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
Integrated Silicon Photonic Transmitter for Polarization-Encoded Quantum Key Distribution
提出了一种用于偏振编码量子密钥分发（QKD）的硅光发射机。该芯片在标准硅光子铸造工艺中制造，并在1.3 mm $\times$ 3 mm管芯面积中集成了脉冲发生器、强度调制器、可变光衰减器和偏振调制器。光路中的器件满足QKD的要求。该发射机用于在5公里长的光纤链路上进行BB84 QKD协议的概念验证演示。
2016-06-14 physics.optics quant-ph
Room-temperature photonic quantum computing in integrated silicon photonics with germanium-silicon single-photon avalanche diodes
针对光子量子计算依赖低温超导探测器的问题，提出室温波导集成GeSi SPAD及空间复用型PNRAD，结合片上量子光源与可编程干涉回路，有望实现室温高性能光子量子计算。
2024-08-26 physics.ins-det quant-ph
Photoluminescent colour centres on a mainstream silicon photonic foundry platform
本研究针对主流SOI硅光子平台缺乏高效光源的问题，通过简便的后道工序处理在商业代工厂主流硅光子平台上实现W中心光致发光，为片上集成经典及量子光源、大规模集成先进光子架构提供了新途径。
2025-03-22 physics.optics quant-ph
Quantum-dot single-photon source on a CMOS silicon photonic chip integrated using transfer printing
硅光子学与成熟的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容，是实现大规模光子集成电路（PIC）的强大平台。利用硅基PIC进行量子光子信息处理（或所谓的硅量子光子学）为大规模量子应用提供了一条有前途的途径。对于可扩展的硅量子PIC的开发，一个主要的挑战是集成确定性地发射单光子的硅上量子光源。在这方面，使用外延InAs/GaAs量子点（QD）是一个非常有前途的方法，因为它们的确定性单光子发射的能力，具有高纯度和不可扩展性。然而，所需的混合集成是固有的困难，往往缺乏与CMOS工艺的兼容性。在这里，我们展示了一个量子点单光子源（SPS）集成在玻璃包层硅光子波导处理的CMOS代工厂。混合集成使用转印进行，这使我们能够以简单的拾取和放置方式集成异构光学元件，从而在整个CMOS工艺完成后进行组装。我们观察到单光子发射的集成量子点和其有效的耦合到硅波导。我们基于转印的方法与CMOS后端工艺完全兼容，因此将为实现利用CMOS技术的大规模量子PIC提供可能性。
2018-12-31 physics.app-ph quant-ph
Indistinguishable photons from an artificial atom in silicon photonics
针对硅基量子光子技术缺乏确定性量子光源的 scalability 挑战，本研究基于硅波导中的G中心人工原子实现了高纯度电信波段不可区分单光子源，为光子量子网络和处理器提供了相干光源方案。
2022-11-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Advances in silicon quantum photonics
量子技术有望使人类的计算、通信和传感能力发生重大变化。光子作为量子信息的载体是不可或缺的--它们以尽可能快的速度传播，并且容易受到保护而不受退相干的影响。然而，该系统需要数千个具有超低延迟控制的近乎透明的组件。为了实现量子技术，需要一个新的光子系统范例：一个具有内置相干性、稳定性、定义任意电路的能力以及可制造性的系统。硅光子学具有无与伦比的密度和组件性能，通过CMOS兼容制造，使其在可扩展的量子光子学平台中处于有利地位。本文是硅量子光子学的进展报告，重点介绍了过去五年的发展。我们介绍了硅量子光子器件和该领域的挑战，总结了当前的最新技术水平，并确定了突出的技术挑战，以及未来研究的前景。我们还解决了集成量子光子实验中Hong-Ou-Mandel干涉可见性定义中的冲突，需要在不同平台上公平比较光子质量。我们的目标是在平台上开发可扩展性，为此，我们指出了一条通往硅量子光子系统芯片的更紧密集成的道路。
2022-07-06 physics.optics quant-ph
8x8 Reconfigurable quantum photonic processor based on silicon nitride waveguides
大规模光学量子信息处理电路的发展基于集成光子学实现的稳定性和可重构性。我们展示了一个基于氮化硅波导的可重构8 × 8集成线性光网络，用于量子信息处理。我们的处理器实现了一种新的光学架构，使任何任意线性变换，并构成了迄今为止在这个平台上报道的最大的可编程电路。我们验证了各种各样的光子量子信息处理原语，以Hong-Ou-Mandel干涉，玻色子聚结/反聚结和高维单光子量子门的形式。我们实现的结晶，清楚地证明了大规模光子量子信息处理使用低损耗氮化硅的前景广阔。
2019-09-17 physics.optics quant-ph
Air mode silicon nitride photonic crystals and their application to nonlinear quantum optomechanical sensing
纳米尺度光子晶体腔光学机械装置使得能够以足以观察量子效应的灵敏度检测纳米机械现象。在这里，我们提出了一个一维的空气模式的光子晶体腔图案化的氮化硅纳米梁的设计，并表明它形成的基础上，腔光学机械分裂光束和桨式纳米腔器件的力检测和非线性量子传感。该器件的空气模式对于光机械耦合是有利的，同时也具有较高的光学品质因数$Q_o\sim 10^6$，尽管其接近于光线并且氮化硅的折射率相对较低。由该器件实现的桨状纳米腔具有二次耦合系数$g^{(2)}/2π$ ~=~10~MHz/nm $^{2}$，并在量子光力学实验的背景下分析了它们的性能。
2019-05-08 physics.optics quant-ph
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Time-correlated Photons from a In$_{0.5}$Ga$_{0.5}$P Photonic Crystal Cavity on a Silicon Chip
在In $_{0.5}$ Ga $_{0.5}$ P光子晶体腔中通过三倍频共振四波混频产生时间相关光子对。通过主动补偿腔模式的残余光谱失准来达到最大效率。产生速率达到5 MHz的腔与Q-因子$\approx 4\times 10^4$，超过一个数量级大于使用相同芯片上制造的类似Q因子的环形谐振器测量。光子晶体源集成在Si光子电路上，这是量子技术应用的重要资产。
2022-02-19 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
Photonic Crystal Cavities in Cubic (3C) Polytype Silicon Carbide Films
我们提出了高品质因数和小模体积平面光子晶体腔的设计，制造和表征的立方（3C）薄膜（厚度~ 200 nm）的碳化硅（SiC）外延生长在硅衬底上。我们展示了整个电信频段的腔谐振，波长为1，250 - 1，600 nm。最后，我们讨论了在非线性光学，光学互连，和量子信息科学的可能应用。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Photonics Incorporating Color Centers in Silicon Carbide and Diamond
量子光子学在新型通信和传感技术的发展中起着至关重要的作用。碳化硅和金刚石中的色心提供单光子发射和长相干自旋，可以在量子网络中可扩展地实现。我们开发的系统将这些色心与光子器件相结合，通过电磁定制的光和物质相互作用来修改它们的发射特性。
2018-06-18 physics.app-ph 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
Compact Continuous-Variable Quantum Key Distribution System Employing Monolithically Integrated Silicon Photonic Transceiver
High Capacity Optical Transmission Lab, Eindhoven University of Technology（荷兰埃因霍温理工大学高容量光传输实验室）
本文提出一种基于单片集成硅光子双极化收发器的连续变量量子密钥分发系统，采用PS-64-QAM技术，在25公里标准单模光纤上实现了1.9 Mbit/s的密钥速率。
2026-03-30 cs.SY eess.SY quant-ph
Controlling light emission by engineering atomic geometries in silicon photonics
通过设计由近1000个嵌入微谐振器中的原子段组成的原子几何形状，我们观察到原子晶格在电信波长处引起的布拉格共振。铒原子在氮化硅微谐振器内的晶格中的几何排列减少了与晶格相称的波长处的散射损耗。我们确认依赖的光发射的原子位置和晶格间距，也观察到Fano干涉系统中的共振模式之间。
2020-03-13 physics.app-ph quant-ph
Silicon Photonic Entangled Photon-Pair and Heralded Single Photon Generation with CAR $>$ 12,000 and $g^{(2)}(0)<$ 0.006
报道了用半导体激光器泵浦的微腔产生的1550 nm波长的时频纠缠光子对和预示单光子的测量结果。随着对生成的高光谱亮度，用于描述性能的常规度量，例如符合与偶然比（CAR），条件自相关[ $g^{(2)}(0)$ ]，双光子能量-时间{F}朗森干涉可见性等，被示出达到硅光子学尚未实现的高性能状态，并且以前仅通过基于晶体，玻璃和光纤的对生成设备实现。
2017-10-06 physics.optics quant-ph
Stimulated and spontaneous four-wave mixing in silicon-on-insulator coupled photonic wire nano-cavities
本文报道了在硅绝缘体平台上的耦合光子晶体纳米腔中的四波混频。三个光子线腔侧耦合，以获得三个模式的能量相等分离。该结构被设计为自过滤，我们表明，泵被拒绝了近两个数量级。我们研究了受激和自发的四波混频过程：由于小的模态体积，我们发现，信号和空闲光子产生的效率增加了一百倍相比，硅微环谐振器。
2013-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics 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
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
A silicon photonic add-drop filter for quantum emitters
将单光子源和探测器集成到硅基光子学中，为量子信息处理的复杂电路开辟了可能性。在这项工作中，我们展示了集成的量子点与硅光子分插滤波器的片上滤波和路由的电信单光子。硅微盘谐振器充当窄滤波器，其传输量子点发射并在宽波长范围内过滤背景。此外，通过在微盘的谐振上调谐量子点发射波长，我们可以控制发射的单光子到分插滤波器的通道和通过分插滤波器的通道的传输。这一结果是朝着使用硅光子学在量子信息处理中应用的单光子的片上控制迈出的一步，例如线性光学量子计算和玻色子采样。
2019-03-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
Quantum Information Processing With Integrated Silicon Carbide Photonics
本文围绕集成碳化硅光子学平台，梳理其色心器件的研究进展，对该平台在量子网络、模拟与计算三大领域的应用作用开展概念与定量分析。
2022-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum photonics in triangular-cross-section nanodevices in silicon carbide
碳化硅正在发展成为实现量子信息处理硬件的重要固态平台。角蚀刻纳米器件正在成为一种解决方案，光子集成在大块基板的颜色中心是最好的定义。我们利用时域差分法和时域差分本征解方法模拟了三角形截面波导和光子晶体腔。我们分析了这些器件的模式内的最佳色心定位，并提供了在量子通信中应用的纳米腔中可实现的Purcell增强的估计。利用开放量子系统模型，研究了SiC中多个色心耦合到单个腔和光子晶体分子的发射极-腔相互作用.我们观察到极化激元和亚辐射态形成的腔量子电动力学适用于量子模拟的腔保护制度。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Engineering telecom single-photon emitters in silicon for scalable quantum photonics
我们创建和隔离单光子发射器具有高亮度接近$10^5$计数每秒在商业绝缘体上硅（SOI）晶片。发射发生在红外光谱范围内，在电信O波段具有光谱窄的零声子线，即使在连续工作数天后也显示出高的光稳定性。发射体的来源归因于硅中与碳相关的色心之一，即所谓的G中心，允许用$^{12}$ C和$^{28}$ Si同位素进行纯化。此外，我们设想了一个高度相干的可扩展的量子光子平台的概念，其中单光子源，波导和探测器集成在SOI芯片上。我们的研究结果为实现与当今硅技术兼容的量子处理器、中继器和传感器提供了一条途径。
2020-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Non-Hermitian physics and engineering in silicon photonics
硅光子学已被研究为可集成的光学平台，其中许多适用的设备和系统是基于现代物理学和最先进的纳米技术创建的。量子力学的实现已经成为光子结构设计的驱动力，因为光学系统在实现量子概念和现象的模拟方面具有巨大的能力和潜力。非厄米物理突破了传统量子力学基于厄米哈密顿量的范畴，在硅光子学平台上得到了广泛的研究，在光折射率、模式耦合和增益损耗分布设计方面有着广阔的应用前景。正如我们将在本章中讨论的，硅光子学中实现的例外点和宇称时间对称性的非常规性质为超灵敏传感器、激光工程、光传播控制、拓扑模式转换等创造了新的机会。量子非厄米性和经典硅平台之间的联姻不仅激发了对基础物理的大量研究，而且丰富了集成光子系统的潜在功能。
2021-09-30 cs.SY eess.SY physics.app-ph
