Error mitigation on a near-term quantum photonic device
光子损失对量子光子器件的性能具有破坏性,因此抑制光子损失的影响对于光子量子技术至关重要。我们提出了两种方案,以减轻光子损失的影响,高斯玻色子采样设备,特别是,以改善采样概率的估计。而不是使用纠错码,这是昂贵的硬件资源开销方面,我们的计划只需要少量的硬件修改,甚至没有修改。我们的损失抑制技术依赖于收集额外的测量数据或经典的后处理,一旦获得测量数据。我们表明,与一个适度的成本的经典后处理,光子损失的影响可以显着抑制一定量的损失。因此,所提出的方案是近期光子量子器件应用的关键使能器。
2021-05-01 quant-ph
Measurement-device-independent quantum key distribution with all-photonic adaptive Bell measurement
基于纠缠的量子密钥分发(QKD)的时间反演版本,称为测量设备无关的QKD(mdiQKD),最初是为了弥补测量设备的任意安全漏洞而提出的。在这里,我们表明,mdiQKD有另一个优势,这应该是区别于基于纠缠的QKD。特别是,基于量子中继器概念的全光子自适应贝尔测量可以单独安装在mdiQKD中,这导致密钥速率的平方根改进。这种贝尔测量也在量子中继器的基于单光子的纠缠生成中提供了类似的改进。
2014-08-13 quant-ph
Photonic verification of device-independent quantum key distribution against collective attacks
在本文中,我们采用理论和实验的努力,并实现了基于光子设置的设备无关的QKD的原理验证。在理论方面,我们通过结合不同的方法,即随机后选择,噪声预处理,并开发了数值方法来估计的关键率通过冯诺伊曼熵的实际设备的缺陷,提高了损失容忍度。在实验方面,我们开发了一种高质量的偏振纠缠光子源,实现了最先进的(预示)探测效率约87.5%。这种效率优于以前的光子实验,涉及无环孔贝尔测试。总之,我们表明,测得的量子相关性足够强,以确保在光纤长度高达220米的正密钥速率。我们的光子平台可以以高速率和电信波长产生纠缠光子,这对于长距离的高速产生是理想的。这一结果为完全实现与光子器件无关的量子密钥分配迈出了重要的一步。
2022-03-21 quant-ph
Estimating the photon-number distribution of photonic channels with realistic devices and applications in photonic quantum information processing
在量子信息处理的许多应用中,表征未知光量子信道的输入-输出光子数分布是一项重要的任务。理想情况下,这将需要确定性光子数源和光子数分辨探测器,但这些技术仍在进行中。在这项工作中,我们提出了一个通用的方法来严格约束的输入输出光子数分布的一个未知的光通道使用标准的光学设备,如相干光源和非光子数分辨探测器/零差探测器。为了证明我们的方法的广泛实用性,我们考虑的安全性分析的实际量子密钥分发系统的基础上校准的单光子探测器和实验建议,实现时间相关的单光子计数技术,使用零差探测器,而不是单光子探测器。
2021-09-11 quant-ph
Noisy pre-processing facilitating a photonic realisation of device-independent quantum key distribution
设备无关的量子密钥分发即使在用于在量子信道上通信的设备在很大程度上未被表征时也提供安全性。然而,设备无关的量子密钥分发的实验演示是具有挑战性的。光子实现中的中心障碍是全局检测效率,即,通过量子信道发送的信号被成功接收的概率必须高于某个阈值。我们在这里提出了一种方法,大大放宽这个阈值,同时保持可证明的设备无关的安全性。这是通过向初始测量数据(原始密钥)添加对手无法知道或控制的人工噪声的协议来实现的。聚焦于一个现实的光子设置使用的源的基础上自发参量下转换,我们给出了明确的界限所需的最小全球检测效率。
2020-05-26 quant-ph
Experimental realization of a generalized measuring device via a one-dimensional photonic quantum walk
我们通过一维光子量子行走实验实现了两个等概率单比特态的无歧义状态鉴别。此外,我们实验上实现了一个量子行走算法,实现了一个广义的测量,在一个单一的量子比特上的正算子值测量。单光子的位置的测量对应于对单光子的偏振的正算子值测量的元素的测量。
2014-10-09 quant-ph
Multi-channel, tunable quantum photonic devices on a fiber-integrated platform
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)(蔚山科学技术院);Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI)(电子通信研究所);University of Kassel(卡塞尔大学)
针对多量子光源难以可扩展集成到实用光学平台的问题,提出将多个量子点器件选择性集成到V型槽光纤平台的方案,实现了通信波长下紧凑光纤芯片内的可扩展、可靠可调谐单光子阵列。
2024-12-16 quant-ph
High-speed measurement-device-independent quantum key distribution with integrated silicon photonics
与测量设备无关的量子密钥分发(MDI-QKD)消除了所有检测器侧信道,并实现了具有不可信中继的安全QKD。它适用于构建星型量子接入网络,其中复杂而昂贵的测量设备放置在中央不可信中继中,每个用户只需要一个低成本的发射机,如集成光子芯片。在这里,我们实验演示了一个1.25 GHz的硅光子芯片为基础的MDI-QKD系统使用偏振编码。光子芯片发射器集成了标准QKD源所需的编码组件。我们实现随机调制的偏振态和诱饵强度,并证明了31 bps的有限密钥的秘密速率超过36 dB的信道损耗(或180公里的标准光纤)。该密钥速率高于最先进的MDI-QKD实验。结果表明,基于硅光子芯片的MDI-QKD具有小型化、低成本制造和与CMOS微电子兼容等优点,是未来量子安全网络的一种很有前途的解决方案。
2019-11-02 quant-ph
Integrated Silicon Photonics for High-Speed Quantum Key Distribution
集成光子学在复杂性、鲁棒性和可扩展性方面为量子通信设备提供了巨大的潜力。特别是硅光子学是量子光子技术的领先平台,具有集成化,成本效益器件制造和与CMOS微电子兼容的进一步优势。然而,用于在标准硅光子平台中高速调制量子态的有效技术受到限制。在这里,我们克服了这一限制,并展示了高速低错误的量子密钥分发调制与硅光子器件结合缓慢的热光直流偏置和快速(10~GHz带宽)载波耗尽调制。扩大这些集成电路和集成微电子的能力为新的先进集成量子通信技术和更广泛地采用量子安全通信开辟了道路。
2016-12-21 quant-ph
Deterministic multi-mode photonic device for quantum information processing
我们提出了一种光源的实现,它可以确定性地产生丰富多样的多模量子态。所需的状态被编码在原子系综的不同基态超精细态的集体布居中,并通过激发到光激发能级,然后通过合作自发发射转换为多模光子态。在我们的应用程序的例子中,我们演示了如何双光子纠缠态可以制备和实施的协议中的参考系自由量子密钥分发和如何一维以及更高的维集群状态可以产生。
2010-03-17 quant-ph
The Photonic Module: an on-demand resource for photonic entanglement
光子纠缠在量子计算和量子通信中有着广泛的应用。在这里,我们介绍了一种新的设备:“光子模块”,它允许快速,确定性的一大类纠缠光子态的准备。该模块是一个独立的应用程序,“即插即用”的设备,具有足够的灵活性,以完全确定性的方式为所有主要的量子计算和通信应用程序准备纠缠,而不需要数量区分光子检测。我们提出了两种替代结构的模块,一个使用自由空间组件和一个光子带隙结构。该模块的自然操作是生成稳定器形式主义内的状态,我们提出了一个腔QED的要求实验实现这个设备上的分析。
2007-10-12 quant-ph
Towards Device-Independent Quantum Key Distribution with Photonic Devices
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, Institut de physique théorique(巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、理论物理研究所);Université Côte d’Azur, CNRS, Institut de Physique de Nice (INPHYNI)(蔚蓝海岸大学、法国国家科学研究中心、尼斯物理研究所)
本研究通过机器学习识别的光子电路评估了设备无关量子密钥分发的可行性,开发了高效的半定规划层次结构和有限统计分析,证明了电路在噪声下的鲁棒性。
2026-01-20 quant-ph
Near-unity quantum interference of transverse spatial modes in an ultra-compact inverse-designed photonic device
本文提出3 μm × 3 μm逆向设计横向模式分束器,在1550 nm光子上实现最高99.56±0.64%、平均99.38±0.41%的可重复Hong-Ou-Mandel干涉,为紧凑高维集成量子光子器件奠定基础。
2025-05-13 quant-ph
Semi-device-independent certification of indefinite causal order in a photonic quantum switch
本研究在半设备无关场景下,提出半设备无关因果不等式概念,利用光子量子开关实现了最少设备表征假设的不定因果序实验认证,违反程度达224个标准差。
2023-05-03 quant-ph
Topological photonic orbital angular momentum switch
光子的大量可用轨道角动量(OAM)态为量子信息和光通信中的许多重要应用提供了独特的资源。然而,传统的OAM开关器件通常依赖于精确的参数控制,并且受到开关速率慢和效率低的限制。在这里,我们提出了一个强大的,快速和高效的光子OAM交换机设备的基础上的拓扑过程,其中光子被泵浦到一个目标OAM状态的需求。这种拓扑OAM泵浦可以通过在几个简并主腔中操纵光子来实现,并且仅涉及有限数量的光学元件。在$\sim 10^{q}$处的OAM的大的变化可以仅用$q$简并主腔和至多$5q$泵浦循环来实现。拓扑光子OAM开关可以成为在许多不同领域中广泛应用的强大器件,并激发传统光学器件的新颖拓扑设计。
2018-06-27 quant-ph
Interference between independent photonic integrated devices for quantum key distribution
量子计算的进步是对现代密码学的快速增长的威胁。量子密钥分发(QKD)提供了长期的安全性,而无需假设对手的计算能力。然而,理论和实验之间的不一致性在现实世界的安全性方面提出了问题,而大型和耗电的商业系统已经减缓了大规模采用。测量设备无关的QKD(MDI-QKD)提供了一种共享密钥的方法,该方法消除了所有可能的检测器侧信道攻击,从而大大提高了安全性。在这封信中,我们实验证明了一个关键的步骤,可扩展的集成设备进行MDI-QKD。我们展示了在可见度为$46.5 \pm 0.8\%$的$431$ MHz下,从两个独立的磷化铟发射器雕刻的弱相干态之间的Hong-Ou-Mandel干涉。这项工作证明了使用集成设备来降低在城域网中采用QKD的主要障碍的可行性。
2019-01-17 quant-ph
Universal device for two-qubit entangled measurements via photonic quantum walks
本文提出利用九步光子量子行走实现两量子比特最优集体测量,并证明弃权(不执行)策略可从非理想态中恢复最优方向猜测,使猜测得分提升超过10倍。
2024-02-27 quant-ph
Quantifying Hidden Nonlinear Noise in Integrated Photonics
我们目前的实验和模拟结果,以量化的非线性噪声的影响,在集成光子器件依赖于自发四波混频。我们的研究结果强调了需要设计规则的调整,以减轻否则内在的减少量子态纯度。在具有多个并行光子源的设备中的最佳策略是严格限制光子在源外部的产生。否则,我们的结果表明纯度可降低至40%以下。
2022-09-28 quant-ph
Controlling all Degrees of Freedom of the Optical Coupling in Hybrid Quantum Photonics
本文提出基于纳米金刚石中硅空位中心与Si₃N₄光子晶体腔耦合的混合方法,实现对光学耦合所有自由度的独立控制,并通过拉比振荡和谱线展宽迭代优化偶极子位置与旋转,从而提升混合量子光子器件性能。
2023-10-26 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
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
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
Multi-photon quantum interference in a multi-port integrated photonic device
增加量子光子器件的复杂性对于许多光学信息处理应用来说是必不可少的,以达到超越经典模拟的范围,集成光子学已成为实现这一目标的领先平台。在这里,我们展示了三光子量子操作的集成设备包含三个耦合干涉仪,八个空间模式和许多经典和非经典的干扰。这是一个关键的进步,超过以前的复杂性和第一个芯片上的非经典干涉超过两个光子输入。我们引入了一个新的方案来验证量子行为,使用经典的特点的设备元素和层次的光子关联函数。我们准确地预测了设备的量子行为,并显示操作与经典和双可分离的量子模型不一致。这种验证多光子量子行为的方法对于实现增加的电路复杂性至关重要。我们的实验为下一代集成光子量子模拟和计算设备铺平了道路。
2012-09-03 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
Two-Dimensional Photonic Crystals for Engineering Atom-Light Interactions
提出了一种与冷铯原子相互作用的二维光子晶体系统。二维光子晶体的能带结构将产生非常规的原子-光相互作用行为,包括各向异性发射、自发衰减抑制和受原子阵列相对于光子晶体的位置控制的光子介导的原子-原子相互作用。提出了一种光传送器技术,用于连续地将原子装载到所需的捕获位置,并与光子晶体进行最佳耦合。该设备配置还使得能够应用光学镊子来控制原子的放置。器件可以使用基于光刻的工艺从200 nm氮化硅器件层可靠地制造,在透射和反射测量中产生预测的光学特性。这些二维光子晶体器件可以很容易地部署到中性原子的多体物理实验和奇异量子物质的工程。
2018-12-21 physics.atom-ph quant-ph
Local tuning of photonic crystal cavities using chalcogenide glasses
我们展示了一种方法,局部改变平面光学器件的折射率,通过光暗化的薄硫系玻璃层沉积在设备的顶部。该方法被用来调谐的GaAs基光子晶体腔的共振高达3 nm,在940 nm,只有5%的腔品质因数恶化。该方法在光子器件的后期制作调谐中具有广泛的应用。
2007-11-09 physics.optics quant-ph
Enhanced nonlinear optomechanics in a coupled-mode photonic crystal device
光与机械振动之间的光机械相互作用的非线性分量承诺了许多令人兴奋的经典和量子力学应用,但通常很弱。在这里,我们展示了增强的非线性光学机械测量的机械运动,通过使用对耦合的光学和机械模式的光子晶体设备。在相同的设备中,我们显示了线性光学机械测量与大大降低输入功率,并揭示了这两种增强是如何相关的。我们的设计利用各向异性的机械弹性,在不改变光学特性的情况下,在机械模式之间产生强耦合。光学模式的额外热光调谐是利用辅助激光器和热优化的器件设计来执行的。我们设想这种增强方案在多模声子激光,双声子预示和最终的非线性量子光学力学中的广泛应用。
2022-07-22 physics.optics quant-ph
A heterogeneous III-V/silicon integration platform for on-chip quantum photonic circuits with single quantum dot devices
光子集成是光子量子科学的一项使能技术,提供比传统体光学更大的可扩展性、稳定性和功能性。在这里,我们描述了一个可扩展的,异构的III-V/硅集成平台,以生产硅$_3$ N $_4$光子电路,将GaAs基纳米光子器件含有自组装的InAs/GaAs量子点。我们证明了纯单光子发射从GaAs波导和腔中的单个量子点-其中观察到自发发射率的强控制-直接发射到Si $_3$ N $_4$波导中,通过倏逝波耦合效率> 90%。迄今为止,InAs/GaAs量子点构成了最有前途的固态触发单光子源,提供明亮、纯净且难以区分的发射,并且可以通过电学和光学控制。Si $_3$ N $_4$波导提供低损耗传播、可定制的色散和高克尔非线性,这对于线性和非线性光信号处理到量子水平是理想的。我们将这两者结合在一个集成平台中,这将使一类新的可扩展,高效和通用的集成量子光子器件成为可能。
2016-11-23 physics.optics 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
Integrated Multi-Wavelength Photonic Architectures for Future Scalable Trapped Ion Quantum Devices
针对可扩展囚禁离子量子器件缺乏整体光子电路架构的问题,本文提出单芯片内多波长激光向多囚禁区传输的集成方案,并比较两种纳米光子波导配置的总激光功率损耗。
2025-09-01 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Photonic switching devices based on semiconductor nanostructures
将光聚焦和引导到半导体纳米结构中可以为光子器件提供革命性的概念,这为下一代节能光网络提供了一条实用的途径。在这篇综述中,我们考虑了基于半导体量子点(QD)和光子腔的光子开关的前景,这些量子点和光子腔具有基于它们的低维的独特性质。通过引入场增强因子的概念,对这种光开关的非线性光学特性进行了理论分析。这种方法在功率密度和速度上都有了巨大的改进,能够克服传统光子交换机几十年来的局限性。此外,由于量子点的类原子性质以及光子腔的纳米级足迹,整体功耗降低。基于这一理论观点,目前国家的最先进的量子点/腔开关已被用来证明光子开关的各种光学非线性现象。新兴的技术,使腔的非线性效应,如波长调谐,珀塞尔因子调谐和等离子体效应进行了讨论。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic devices fabricated from (111) oriented single crystal diamond
金刚石是追求集成量子光子技术的首选材料。到目前为止,大多数由金刚石制成的光子器件都是由(100)取向的晶体制成的。在这项工作中,我们展示了一种从(111)取向金刚石制造光学活性膜的方法。我们使用剥离技术产生膜,然后在硅的存在下化学气相沉积金刚石,以产生均匀的硅空位色心,其发射性能优于(100)取向的金刚石。我们进一步使用金刚石膜来制造高品质的微型谐振器,其品质因数超过~ 3000。在时域有限差分计算的支持下,我们讨论了(111)取向结构作为量子纳米光子器件构建模块的优势。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci 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
Programmable photonic system for quantum simulation in arbitrary topologies
合成维度对于研究许多类型的拓扑、量子和多体物理产生了极大的兴趣,它们为模拟有趣的物理系统提供了一个灵活的平台,特别是在高维中。在这封信中,我们描述了一个可编程的光子器件,能够模拟动态的一个广泛的一类哈密顿在晶格中具有任意的拓扑结构和尺寸。我们得到的设备和感兴趣的哈密顿之间的对应关系的物理,我们模拟的设备的物理观察各种各样的物理现象,包括手征态的霍尔阶梯,有效的规范电位,和高维晶格中的振荡。我们提出的设备为在近期实验平台上研究拓扑和多体物理开辟了新的可能性。
2022-11-17 physics.optics quant-ph
Purcell-Enhanced Emission from Individual SiV$^-$ Center in Nanodiamonds Coupled to a Si$_3$N$_4$-Based, Photonic Crystal Cavity
混合量子光子学在后处理步骤中将经典光子学与量子发射器相结合。它有助于将理想的量子光源连接到优化的光子平台。光学腔能够利用Purcell效应提高器件效率。在这里,我们后处理一个独立的,交叉波导光子晶体腔的基础上Si $_3$ N $_4$与SiV $^-$中心的纳米金刚石。我们开发了一个例程,拥有的能力,利用AFM nanomanipulation的倏逝波耦合项的所有自由度进行优化。经过几个优化周期后,我们解决了个别SiV $^-$中心的精细结构,并实现了超过4的Purcell增强的个别光学跃迁,这意味着四个五分之一的自发发射的光子被引导到光子器件。我们的工作为构建高效的量子光子器件开辟了新的途径。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optimal antibunching in passive photonic devices based on coupled nonlinear resonators
我们建议使用弱非线性被动材料的集成量子光子学的应用前景。结果表明,在光子晶体谐振腔中,电磁场对光子晶体非线性的强烈增强,仅利用两个耦合模的量子干涉和共振相干驱动下的光子阻塞效应,就能产生单光子.对于最先进的微腔中的实际系统参数,这种单光子源的效率的理论特征在于通过在零时间延迟的二阶关联函数作为主要的品质因数,其中的主要来源的损失和退相干被考虑在一个标准的主方程处理。这些结果可以刺激基于非共振材料介质的集成量子光子器件的实现,与当前的半导体技术完全可集成,并匹配相关的电信波段工作波长,作为基于腔QED的单光子非线性器件的替代方案。
2012-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-throughput quantum photonic devices emitting indistinguishable photons in the telecom C-band
本文展示了基于外延量子点的电信C波段高通量量子光子器件制造,实现超高纯度与创纪录不可区分性的单光子发射,为量子网络奠定基础。
2024-05-23 physics.optics quant-ph
Injection locking and synchronization in Josephson photonics devices
注入锁定可以稳定辐射源,从而有效抑制噪声引起的光谱展宽,从而获得窄光谱。该技术在激光物理学中已经很好地建立起来,其中由于阿德勒的现象学描述通常是足够的。最近,在约瑟夫森光子器件中进行了锁定实验,其中微波辐射是通过跨与微波谐振器串联连接的直流偏置约瑟夫森结的非弹性库珀对隧穿产生的。一个深入的理论锁定这样的设备,占约瑟夫森非线性和特定的工程环境,是缺乏的。在这里,我们研究注入锁定在一个典型的约瑟夫森光子器件的环境组成的单模腔,在经典制度。我们表明,串联电阻,但小,是一个重要的成分,在描述自持约瑟夫森振荡,使锁定区域。我们推导出一个动力学方程描述锁定,类似于阿德勒方程,从特定的电路方程。噪声对锁定约瑟夫森相位的影响被描述在相位滑移在一个修改后的搓衣板电位。对于弱噪声,谱展宽随注入信号呈指数减小。当从第二个约瑟夫逊器件提供该信号时,两个器件同步。在线性化极限下,我们恢复了同步振子的仓本模型。这里建立的经典相位滑移的图片表明了一个自然的扩展锁定在量子制度的理论。
2021-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Q-PhotoNAS: Hybrid Quantum Neural Architecture Search Framework on Photonic Devices
Quandela Ascella photonic QPU(Quandela Ascella 光子量子处理器)
本文提出了一种结合遗传算法和可学习量子相位编码的混合光子量子-经典模型神经架构搜索框架,通过系统探索经典和量子组件的联合设计空间,提高了图像分类任务的准确率和硬件兼容性。
2026-07-23 cs.LG quant-ph
Active terahertz modulator and slow light metamaterial devices with hybrid graphene-superconductor photonic integrated circuits
介绍并提出了具有混合石墨烯-超导体耦合开口环谐振器(SRR)阵列的超材料光子集成电路,其能够调制和减慢太赫兹(THz)光。混合器件的光学响应,如电磁感应透明(EIT)和群延迟,可以用几种方式调制。首先,通过改变石墨烯中的电导率和载流子浓度对其进行电调制。或者,可以通过作用于器件温度灵敏度,通过将Nb从有损正常相切换到低于Nb的转变温度(Tc)的低损耗量子力学相来修改光学响应。在THz传输窗口处,EIT和群延迟的最大调制深度分别为57.3%和97.61%.进行了比较之间的Nb-石墨烯-Nb耦合的SRR为基础的设备与那些Au-石墨烯-Au SRR和显着增强的太赫兹传输,群延迟,和EIT响应时,Nb是在量子力学相观察。这种具有相当大且可调谐的慢光带宽的混合器件为实现有源光电调制器、滤波器、移相器和用于芯片级量子通信和量子处理的慢光器件铺平了道路。
2021-07-08 physics.optics quant-ph
Photonic Topological Baths for Quantum Simulation
量子模拟涉及工程设备来实现不同的哈密顿量和测量它们的量子化光谱来研究量子多体系统。拓扑光子学的最新发展表明,通过控制这种器件的拓扑性质来研究新的量子现象是可能的。在这里,使用高达16个高Q纳米腔的耦合阵列,我们实验实现量子光子浴,这是苏-施里弗-海格尔模型的类似物。我们调查制造引起的混乱对这些浴的影响,通过探测个人的超模式,并证明了设计缓解步骤,以克服量子现象的无序效应。
2021-06-27 physics.optics quant-ph
A photonic transistor device based on photons and phonons in a cavity electromechanical system
提出了一种基于腔机电系统中光子和声子的光子晶体管方案,该系统由超导微波腔和纳米机械谐振器耦合组成。光子传播的控制是通过微波场(光子)和纳米机械振动(声子)的相互作用来实现的。通过计算的信号场的透射谱,我们表明,信号场可以有效地衰减或放大,这取决于第二个“门控”(泵)字段的功率。这种方案可能是单光子晶体管的一个有前途的候选者,并为电信和量子信息技术中的许多应用铺平了道路。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Frequency control of single quantum emitters in integrated photonic circuits
生成量子比特的纠缠图态需要高的纠缠率,并且需要有效地检测来自单独量子比特的多个不可区分的光子。将基于缺陷的量子位集成到光子器件中导致增强的光子收集效率,然而,通常以降低的缺陷发射能量均匀性为代价。在这里,我们证明了在集成器件中的缺陷均匀性的减少可以部分抵消电场调谐。使用光子器件耦合注入氮空位(NV)中心在一个金刚石平台上的GaP,我们展示了大的场依赖性的调谐范围和部分稳定的缺陷发射能量。这些结果解决了芯片级纠缠产生的一些挑战。
2018-02-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
A Semiconductor Topological Photonic Ring Resonator
在两个拓扑结构不同的光子晶体之间的界面处产生单向光子边缘态。在这里,我们展示了一个微米级的GaAs光子环形谐振器,使用自旋霍尔型拓扑光子晶体波导。嵌入式InGaAs量子点用于探测器件的模式结构。我们绘制了谐振腔模式的空间分布图,并通过调整光子晶体晶格参数来控制模式限制。边缘态的固有手性使它们对集成量子光子学中的应用感兴趣,并且谐振器代表了开发具有嵌入式量子发射器的此类设备的重要构建块。
2020-02-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Hybrid integration of silicon photonic devices on lithium niobate for optomechanical wavelength conversion
量子信息处理器的快速发展加速了对实现量子网络的技术的需求。一种很有前途的方法是使用机械谐振器作为微波场和光场之间的媒介。来自超导、拓扑或自旋量子比特处理器的信号可以相干地转换为电信波长的光学状态。然而,由均匀结构构建的当前器件遭受增加的噪声和小的转换效率。将不同材料的有利特性结合到异质设计中应该允许优越的量子转换设备-到目前为止,这些混合方法受到复杂制造过程的阻碍。在这里,我们提出了一种新的集成方法的基础上,以前的拾取和放置的想法,可以将独立制造的不同材料的器件组件到一个单一的设备。该方法允许在工艺期间通过连续光学监测进行精确对准。使用我们的方法,我们组装了一个混合硅锂晶体管设备与国家的最先进的波长转换特性。
2021-01-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid III-V/Silicon Quantum Photonic Device Generating Broadband Entangled Photon Pairs
Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université Paris Cité(量子物质与现象实验室,巴黎西岱大学);Centre de Nanosciences et Nanotechnologies, Université Paris-Saclay(纳米科学与纳米技术研究中心,巴黎萨克雷大学);STMicroelectronics(意法半导体)
该研究提出一种混合III-V/硅量子光子器件,利用两种材料优势生成宽带纠缠光子对,实现高效量子信息应用。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single quantum dot selection and tailor-made photonic device integration using nanoscale focus pinspot
针对多数半导体量子点材料体系难以制备低密度单量子点、传统刻蚀降密法破坏介质不利于集成的问题,本研究提出基于氦离子显微镜的纳米级聚焦针点无损筛选法,实现单量子点精准选取与光子器件确定性集成,将量子点发射提取效率提升27倍,且适配多种材料与光子结构。
2022-09-16 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Control of single quantum emitters in bio-inspired aperiodic nano-photonic devices
增强芯片上的光-物质相互作用对于研究纳米和量子光学效应以及实现集成器件(例如,用于经典和量子光子学、传感和能量收集应用)至关重要。工程纳米器件能够有效地限制光和控制单个发射体的自发发射动力学,这对于腔量子电动力学实验以及经典和量子光源的发展至关重要。在这里,我们报告的演示增强光物质相互作用和珀塞尔效应的芯片上,基于生物启发的非周期性设备制造的氮化硅和砷化镓。内部光源,即氮化硅和砷化铟单量子点中的光学活性缺陷中心,用于通过显微光致发光光谱成像和表征由具有Vogel螺旋几何形状的光子膜限定的各个光学模式。通过研究测量的光学共振的统计数据,与严格的多重散射理论合作,我们观察到对数正态分布,并报告品质因数值高达2201+/-443。在此基础上,我们进一步研究了单个半导体量子点与受限光模的耦合。我们的研究结果表明,腔量子电动力学效应提供强有力的修改的自发发射衰减的单光跃迁:我们显示控制的衰减寿命的单发射器的动态范围达到20。我们的研究结果提高了对发光Vogel螺旋系统的基本物理特性的理解,显示了它们在量子光子器件中的应用,并为进一步开发经典和量子有源器件奠定了基础。
2020-01-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Hexagonal boron nitride based photonic quantum technologies
本文综述六方氮化硼作为光子量子技术平台的结构、生长、色心工程及异质结构器件,涵盖室温单光子发射与电调谐进展。
2024-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph