Silicon Hard-Stop Spacers for 3D Integration of Superconducting Qubits
随着超导量子比特的设计变得越来越复杂，两个或更多垂直键合芯片的3D集成将成为必要，以实现更高的密度和连接性。为了准确预测电路性能，需要精确控制这些芯片之间的间距。在本文中，我们展示了一个改进的平面性的结合超导量子位芯片，同时保留设备的性能，利用硬停止硅间隔柱。这些硅间隔物是通过在硅衬底上蚀刻几微米来定义的，并且与3D集成量子位制造兼容。这包括约瑟夫森结、超导空气桥跨接、凸块下金属化和铟凸块的制造。为了验证集成工艺，我们在蚀刻表面上展示了高品质因数谐振器，并在硅柱与量子位相距350 μm的情况下测量量子位相干性（T1，T2，回波> 40 μs）。
2019-07-30 physics.app-ph quant-ph
In-situ wavelength tuning of quantum-dot single-photon sources integrated on a CMOS silicon chip
硅量子光子学利用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的优势，为实现大规模量子光子集成电路（QPIC）提供了一条很有前途的途径。为了实现这种硅基QPIC的可扩展操作，一种直接的方法是集成确定性单光子源（SPS）。为此，混合集成的确定性固态SPS，如那些基于InAs/GaAs量子点（QD），是非常有前途的。然而，量子点固有的光谱和空间随机性对在硅CMOS芯片上可扩展地实现多个相同的SPS提出了严峻的挑战。为了克服这一挑战，我们一直在研究一种新的混合集成技术，称为转移印刷，这是基于一个拾取和放置操作，并允许所需的QD SPS的硅CMOS芯片上的任何位置上的集成。然而，即使在这种情况下，对于来自不同来源的干扰光子，将需要在集成QD SPS之间进行原位微调以实现完美的波长匹配。在这里，我们展示了在现场的QD SPS集成在CMOS硅芯片上的波长调谐。为了热调谐集成QD的发射波长，我们用光学驱动加热垫增强QD SPS。所有必要元件的集成都是使用转印进行的，这在很大程度上简化了微/纳米光子结构的三维堆叠的制造。我们进一步展示了在同一硅片上集成的两个不同的量子点源之间的原位波长匹配。我们基于转印的方法将为实现利用CMOS技术的大规模QPIC提供可能性。
2019-09-30 physics.app-ph 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
Entanglement distribution over 155 km metropolitan fiber using a CMOS-compatible silicon chip
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；Photonics Devices and System Group, Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学光子器件与系统组）；Institute of Microelectronics, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（新加坡科技研究局微电子研究所）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）
利用CMOS兼容的硅芯片实现155公里光纤上的纠缠分发，突破了传统bulk晶体源的限制，展示了高亮度纠缠光对生成和长距离传输的可行性。
2026-03-16 quant-ph
Phase diffusion quantum entropy source on a silicon chip
我们报道了一个加速激光相位扩散量子熵源，所有非激光光学和光电元件都在硅光子学中实现。该设备使用高效和鲁棒的单激光器加速相扩散方法，并实现了整个量子熵源方案，包括具有优化分光比的非平衡马赫-曾德尔干涉仪，在0.5 mmx 1 mm的足迹。我们展示了Gbps的原始熵产生速率与传统的CMOS制造技术兼容的技术。
2018-04-12 quant-ph
Calibration of cascaded phase shifters using pairwise scan method in silicon photonics integrated chip
针对硅光子芯片级联相移器校准耗时问题，提出引入等效马赫-曾德尔干涉仪结构与初始相对相位约束的成对扫描方法，结合关键组件优化，在6级联结构中实现99.97%保真度的快速校准。
2024-12-05 quant-ph
Efficient generation of single and entangled photons on a silicon photonic integrated chip
我们提出了一个协议，用于产生按需，不可区分的单光子的硅光子集成芯片。该源是一个时间复用的自发参量下转换元件，允许优化单光子与多光子发射，同时实现高输出速率和不可扩展性。我们最大限度地减少有源元件的缩放和有源元件损耗的缩放与复用。然后，我们讨论了检测策略和数据处理，以进一步优化程序。我们模拟了单光子产生效率的改善，在以前的时间复用协议，假设现有的制造能力。然后，我们应用这个系统来产生贝尔状态。这两个非经典态的产生效率可以大大提高与改进的制造工艺。
2011-10-18 quant-ph
Chip-scale Full-Stokes Spectropolarimeter in Silicon Photonic Circuits
光的偏振态与波长有关，携带着光与物质相互作用的重要信息。然而，其测量仅限于体积庞大的耗能设备，这阻碍了许多现代便携式应用。在这里，我们提出并演示了一个芯片级的分光偏振计使用CMOS兼容的硅光子技术实现。四个紧凑的游标微谐振器光谱仪单片集成的宽带偏振计组成的2D纳米光子天线和偏振电路，实现全斯托克斯光谱偏振分析。所提出的器件提供了一种固态分光偏振测量解决方案，具有1*0.6 mm 2的小尺寸和360 mW的低功耗。在50 nm的宽光谱范围内，全斯托克斯光谱检测的分辨率为1~nm的表征具有结构手性的材料被证明。所提出的装置可以使分光偏振法在从生物医学诊断和化学分析到观测天文学的领域中得到更广泛的应用。
2020-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Testing multi-photon interference on a silicon chip
大型多端口干涉仪中的多光子干涉是线性光学量子计算的关键，特别是玻色子采样。硅光子学使复杂的干涉电路与许多组件在一个小的足迹，并有可能将这些实验扩展到更多的干扰模式。然而，损耗通常限制了在该平台上实现多光子实验。在这里，我们利用高效率的光栅耦合器将明亮而纯净的基于ppKTP波导的量子光源与硅电路相结合。我们在多达15种模式中干扰多达5个光子，通过将结果与各种模型（包括光子之间的部分可分辨性）进行比较，验证真正的多光子干涉。
2019-09-06 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
Quantum light generation on a silicon chip using waveguides and resonators
集成光学器件可以用更紧凑和可控的光子对和预示的单光子源来代替基于块体晶体或光纤的组件，并产生电信波长的量子光。在这里，我们提出，由一系列光学谐振器组成的周期性波导可能优于传统的波导或单个谐振器，并从亚毫米长的室温硅器件产生每秒超过1千兆对，仅用约10毫瓦的光功率泵浦。此外，这种器件的光谱特性为波分复用芯片级量子光源提供了新的机会。
2012-10-04 physics.optics quant-ph
Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon
利用半导体制造技术，量子信息的自然载体，如原子、电子和光子，可以嵌入可扩展的集成器件中。集成光学为大规模量子信息处理和光子捕获提供了一个通用的平台。量子应用的集成器件的规模扩大需要高性能的单光子产生和光子量子比特-量子比特纠缠操作。然而，以前的演示报告了产生多个明亮，纯净和相同的单光子以及高保真纠缠多个光子量子比特的主要挑战。另一个值得注意的挑战是在单个设备中无噪声地接口多光子源和多量子比特操作员。在这里，我们展示了芯片上真正的多体纠缠和硅中的量子隐形传态，通过相干控制微谐振器非线性单光子源和线性光学多量子比特纠缠电路的集成网络。微谐振器被设计成局部增强非线性，产生多个频率不相关和不可区分的单光子，而不需要任何光谱滤波。多量子位状态在可编程线性电路中处理，以便于以基于测量的方式进行Bell投影和融合操作。我们基准的关键功能，如内/间芯片隐形传态的量子态，并产生四光子Greenberger-HorneZeilinger纠缠态。状态的产生、控制和转换都是在微米级的硅芯片中实现的，这些芯片是通过互补金属氧化物半导体工艺制造的。我们的工作为可扩展的片上多光子技术用于量子计算和通信奠定了基础。
2020-02-09 quant-ph
Quantum Generative Adversarial Networks in a Silicon Photonic Chip with Maximum Expressibility
本文研制可执行任意受控幺正操作、生成任意2量子比特纯态的硅量子光子芯片，并通过引入非线性的混合生成器，成功实现PQ-GAN与HQC-GAN三类生成任务。
2024-04-09 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
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
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
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
On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources
大规模集成量子光子技术将需要相同光子源与可重构波导电路的片上集成。相对复杂的量子线路已经被证明，但很少有研究承认迫切需要将光子源和波导电路集成在芯片上。实现这种大规模量子技术的关键一步是在波导电路中集成两个单独的光子源，并展示它们之间的高可见度量子干涉。在这里，我们报告了一个绝缘体上的硅器件结合两个四波混频源，在干涉仪与可重构移相器。我们配置设备来创建和操纵双色（非简并）或同色（简并），路径纠缠或路径非纠缠光子对。我们观察到高达100.0+/-0.4%的可见度量子干涉片上，高达95+/-4%片外。我们的设备消除了对外部光子源的需求，为增加量子光子电路的复杂性提供了一条途径，并且是迈向完全集成量子技术的第一步。
2014-11-20 quant-ph
Generation and detection of squeezed light on a single silicon photonic chip
University of Bristol（布里斯托大学）
研究在单个硅光子芯片上产生和检测压缩光，利用硅波导中自发四波混频产生压缩光，经同一芯片上光电二极管检测，直接测量出0.25(1)dB压缩，分析了非线性损耗影响，推动量子光子学发展。
2026-07-20 quant-ph
Tunable Squeezing Using Coupled Ring Resonators on a Silicon Nitride Chip
我们演示了连续调谐的压缩水平产生的双环光学参量振荡器通过外部控制的耦合条件，使用电控集成微加热器。我们通过利用一对耦合氮化硅微谐振器所避免的交叉来实现这一点。我们直接检测到的压缩水平从0.5 dB的欠耦合制度的2 dB的过耦合制度，这对应于在所产生的片上压缩因子从0.9 dB到3.9 dB的变化。这种在压缩水平上的宽的可调谐性可以用于需要最佳程度的压缩的片上量子增强感测协议。
2015-06-11 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
Integrated multiplexed microwave readout of silicon quantum dots in a cryogenic CMOS chip
固态量子计算机需要经典电子学来控制和读出单个量子比特，并实现快速经典数据处理[1-3]。在固态量子处理器运行最佳的深低温下集成两个子系统[4]，可以解决一些主要的扩展挑战，例如系统大小和输入/输出（I/O）数据管理[5]。硅量子点（QD）中的自旋量子位可以使用超大规模集成（VLSI）与互补金属氧化物半导体（CMOS）电子器件单片集成，从而利用半导体行业的广泛制造经验[6]。然而，在mK温度下使用工业CMOS进行集成的实验演示仍处于起步阶段。在这里，我们提出了一个使用工业CMOS技术制造的低温集成电路（IC），它包含硅基量子处理器的三个关键成分：QD阵列（在这里以非交互式3x 3配置排列），数字电子器件，以最大限度地减少使用行列寻址的控制线和用于多路复用读出的模拟LC谐振器，所有这些都在50 mK下工作。与微波谐振器（6-8 GHz范围），我们显示分散读出的量子点的电荷状态，并执行组合的时域和频域复用，实现可扩展的读出，同时减少整体芯片的足迹。这种模块化架构探讨了使用工业CMOS技术实现集成量子和经典电子学的大规模硅量子计算机的限制。
2021-01-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
CMOS-based cryogenic control of silicon quantum circuits
最有前途的量子算法在针对实际应用时需要托管数百万量子比特的量子处理器。大规模量子计算的一个主要挑战是互连复杂性。在当前的固态量子比特实现中，稀释制冷机中的量子芯片和室温电子器件之间出现了一个主要瓶颈。先进的光刻技术支持在硅中制造CMOS控制电子器件和量子位。当电子器件被设计成在低温下工作时，它最终可以与量子位集成在同一个芯片或封装上，克服布线瓶颈。在这里，我们报告了一个低温CMOS控制芯片工作在3 K，输出量身定制的微波爆发驱动硅量子位冷却到20 mK。我们首先对控制芯片进行基准测试，并发现电气性能与99.99%保真度量子位操作一致，假设理想的量子位。接下来，我们用它来相干控制实际的硅自旋量子比特，发现低温控制芯片达到了与商业仪器相同的保真度。此外，我们通过在双量子位量子处理器上编程一些基准测试协议以及Deutsch-Josza算法来突出控制芯片的广泛功能。这些结果为完全集成、可扩展的硅基量子计算机开辟了道路。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Long-distance distribution of telecom time-energy entanglement generated on a silicon chip
本研究利用硅环谐振器通过SFWM过程生成时间能量纠缠光子对，并在标准光纤上实现了超过81公里的长距离分发，为未来大规模量子网络连接奠定基础。
2024-07-31 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
Qubit entanglement on a silicon photonic chip
纠缠--自然界中最微妙的现象之一--是量子信息应用的重要资源。大的纠缠团簇态已经被预测可以实现通用的量子计算，所需的单量子比特测量很容易用光子实现。在片上产生和控制量子比特纠缠是大规模系统的关键，量子信息是在光子路径中自然编码的，本文报道了一种硅光子芯片，它集成了共振增强源、滤波器和可重构光学器件，产生了路径纠缠的两量子比特态--最小的非平凡团簇态，并分析了它的纠缠.我们表明，基于环形谐振腔的自发四波混频源可以高度不可区分，尽管他们的非线性动力学，和第一个证据表明，他们的频率相关性很小，如预测。我们使用量子态层析术和严格的Bell-CHSH不等式来量化器件中的纠缠，证实了它的高性能。这项工作集成了构建设备和系统的基本组件，以大规模利用量子纠缠。
2014-11-21 quant-ph
On-chip quantum interference with heralded photons from two independent micro-ring resonator sources in silicon photonics
多源单光子之间的高可见度片上量子干涉是集成线性光学量子计算的关键前提。微环谐振器中的谐振增强自然能够在没有任何紧密光谱滤波的情况下产生更亮、更纯和更不可区分的单光子。来自多个微环谐振器的预示单光子的不可分辨性尚未在任何光子平台中测量。在这里，我们报告的芯片上的不可分辨性测量预示着单光子产生的独立的微环谐振器通过使用芯片上的马赫-曾德尔干涉仪和光谱解复用器。我们测得的原始预告双光子干涉条纹的可见度为72 +/-3%。这一结果与我们的模型一致，该模型包括器件缺陷、光谱杂质和多对发射。我们确定多对排放的主要因素限制的非经典干涉的可见性，并在未来的实验中实现接近统一的可见性的路线。
2018-08-07 quant-ph
Fidelity estimation of quantum states on a silicon photonic chip
本研究将已有最优态验证协议改编用于两量子比特态保真度估计，在可编程硅光子两量子比特芯片上实验验证，其点估计误差区间显著小于常用协议，提升了实际器件量子态保真度的估计能力。
2023-06-16 quant-ph
Experimental Bayesian Quantum Phase Estimation on a Silicon Photonic Chip
量子相位估计是Shor因子分解算法和量子模拟等许多量子算法中的一个基本子程序。然而，到目前为止的结果使人怀疑它的实用性，短期，非容错，量子器件。在这里，我们报告的实验结果表明，这种直觉不一定是真的。我们实现了最近提出的自适应贝叶斯量子相位估计方法，并用它来模拟硅量子光子器件上的分子能量。该方法被验证是非常适合于前阈值量子处理器通过调查其优越的鲁棒性噪声和退相干相比，迭代相位估计算法。这显示了一种有希望的途径，可以比以前认为的更快地释放量子相位估计的力量。
2017-03-15 quant-ph
Compact quantum random number generator based on a laser diode and silicon photonics integrated hybrid chip
本文设计并实验验证了一种激光二极管与硅光子混合集成的紧凑型低功耗QRNG，通过优化多模干涉仪和噪声比实现中等MHz速率应用。
2024-01-20 quant-ph
On-chip cavity quantum phonodynamics with an acceptor qubit in silicon
我们描述了一个基于芯片的，固态模拟腔QED利用声学声子，而不是光子。我们展示了硅纳米机械腔中的长寿命和可调谐受主杂质态如何发挥相干声子的物质非线性的作用，例如，约瑟夫森量子比特在电路量子电动力学中起作用。在1 - 20 GHz范围内的腔中可以达到强耦合（拉比振荡数~100）和强色散耦合（0.1 - 2 MHz）机制，从而能够控制单个声子、声子-声子相互作用、受体量子位的色散声子读出以及与其他光学机械组件（如声子-光子翻译器）的兼容性。我们预测明确的实验签名的受体腔系统。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Silicon-based decoder for polarization-encoding quantum key distribution
基于硅基偏振编码的量子密钥分发（QKD）由于其低成本和鲁棒性而得到了广泛的研究。然而，考虑到在芯片上制造偏振独立组件的困难，先前的研究已经利用芯片外器件来解调量子态或执行偏振补偿。在本文中，我们提出了一个完全基于芯片的偏振编码QKD解码器。该芯片实现了偏振态分析仪，并在不需要额外硬件的情况下补偿BB84协议。它是基于一个偏振到路径转换方法，使用偏振分裂器旋转器。该芯片是使用标准的硅光子铸造厂制造的;它具有紧凑的设计，适合大规模生产。在实验稳定性测试中，在没有任何偏振反馈的情况下连续工作10 h，平均量子误码率达到$0.56\%$。此外，使用开发的反馈算法，该芯片实现了光纤偏振漂移的自动补偿，这是由一个随机的光纤偏振扰码器模拟。在QKD演示的情况下，我们在100 km的光纤线轴上获得了240 bps的有限密钥秘密速率。这项研究代表了QKD系统集成，实用和大规模部署的重要一步。
2022-12-08 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
Three-dimensional entanglement on a silicon chip
纠缠是量子物理学的一个违反直觉的特征，是量子技术的核心。高维量子态在各种量子信息任务中具有独特的优势。集成光子芯片最近已成为纠缠光子产生、操纵和检测的领先平台。在这里，我们报告了一个硅光子芯片，使用新的干涉共振增强的光子对源，光谱解复用器和高维可重构电路产生，操纵和分析路径纠缠三维qutrit状态。通过最小化片上的电和热串扰，我们获得了高质量的量子干涉与vibration超过96.5%和最大纠缠qutrit态的保真度为95.5%。我们进一步探索纠缠量子的基本性质，以测试量子非定域性和上下文性，并实现图形的量子模拟和高精度的光学相位测量。我们的工作为多光子高维量子技术的发展铺平了道路。
2021-01-27 physics.optics 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
Entanglement Purification by Integrated Silicon Photonics
本文首次在硅光芯片上实现确定性纠缠纯化，通过可重构电路模拟比特翻转与相位翻转错误，在20%比特翻转错误率下将态保真度从0.71提升至0.82。
2025-07-04 quant-ph
A compact and reconfigurable silicon nitride time-bin entanglement circuit
基于光子芯片的时间仓纠缠因其在量子通信和计算中的潜在应用而受到广泛关注。有效的时间仓纠缠系统必须能够在光子芯片上产生、操纵和分析纠缠光子，以实现稳定、可扩展和可重构的操作。在这里，我们报告了第一个时间仓纠缠光子芯片，集成了时间仓产生，波长解复用和纠缠分析。测量了具有88.4%可见度的双光子干涉条纹（未扣除任何噪声），表明芯片的高性能。我们的方法，基于氮化硅光子电路，它结合了二氧化硅的低损耗特性和硅的紧密集成特性，为可扩展的现实世界的量子信息处理器铺平了道路。
2015-06-09 quant-ph
Telecom-to-Visible Quantum Frequency Converter on a Silicon Nitride Chip
本文提出首个氮化硅芯片上的可见光-电信波段量子频率转换器，利用布拉格散射四波混频实现1260 nm到698 nm的单光子上转换，并通过噪声抑制实现5%转换效率，为CMOS兼容量子网络器件奠定基础。
2025-05-15 physics.optics quant-ph
Integration of fiber coupled high-Q silicon nitride microdisks with atom chips
在近可见光区，我们研制出了Q = 3.6 × 10^6，有效模体积为15（λ/ n）^3的微米级氮化硅（SiN_x）微盘光谐振器。氢氟酸湿蚀刻提供了微盘谐振的灵敏调谐，并且光纤锥的坚固安装提供了到微盘的有效光纤耦合，同时允许用于激光冷却和原子捕获的自由光学访问。测量结果表明，铯在SiN_x表面的吸附对微盘共振有明显的红失谐作用。一个技术的并行集成的多个（10）微盘与一个单一的光纤锥也证明了。
2006-09-27 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
On-chip single-photon subtraction by individual silicon vacancy centers in a laser-written diamond waveguide
在单光子水平上修改光场是即将到来的量子技术的关键挑战，并且可以通过集成量子光子学以可扩展的方式实现。激光写入金刚石光子学提供了与光纤技术相匹配的三维制造能力和大模场直径，但限制了单发射器水平的协同性。为了实现大的cooperativities，我们结合激发单个浅注入硅空位中心通过大数值孔径光学检测辅助激光写入II型波导。我们证明了单发射器消光测量与协同系数为0.153和β因子为13%，产生15.3%作为一个单一的发射器的量子效率的下限。共振光子的传输揭示了从准相干场中减去单光子，导致超泊松光统计。我们的架构使单量子级光场工程在一个集成的设计，可以在三维制造，并与光纤阵列的自然连接。
2021-11-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Controllable Entanglement Distribution Network Based on Silicon Quantum Photonics
纠缠分发网络通过共享纠缠资源将远程用户连接起来，这是实现量子互联网的必要条件。提出了一种基于硅量子光子芯片的可控纠缠分发网络（c-EDN）。利用硅波导中的自发四波混频（SFWM）产生量子光源阵列，并在带热相移器的片上马赫-曾德尔干涉仪中通过时间反转的Hong-Ou-Mandel干涉将纠缠资源分配给不同的用户。设计并制作了一个芯片样品，支持一个3位数和24个用户的c-EDN。实验证明，通过相移器控制量子干涉，可以将纠缠分布的网络拓扑重构为三种网络状态。此外，作为c-EDN的一个应用，实现了一个可重构的基于纠缠的QKD网络。可重构的网络拓扑结构使得c-EDN适用于需要复杂网络控制和管理的未来量子网络。此外，硅量子光子芯片具有产生和操纵大量纠缠资源的能力，在大规模c-EDN方面具有巨大的潜力。
2022-07-22 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
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
Experimental optimal verification of three-dimensional entanglement on a silicon chip
高维纠缠对于量子物理的基础研究具有重要意义，在各种量子信息处理（QIP）任务中具有独特的优势。集成量子器件是近年来发展起来的一种新型量子器件，它可以用来制造、处理和探测复杂的高维纠缠态。走向实用量子技术的关键一步是验证这些设备是否能以最佳策略可靠地工作。在这项工作中，我们实验上实现了一个最佳的量子验证策略的三维最大纠缠态的硅光子芯片上使用本地投影测量。从1190个拷贝达到95%的置信度以验证目标量子态。作为拷贝数的函数，所获得的不忠实度的标度为-0.5497+-0.0002，以248个标准偏差超过了-0.5的标准量子极限。我们的研究结果表明，量子态验证可以作为一个有效的工具，复杂的量子测量任务。
2022-08-27 physics.optics quant-ph
Casimir forces on a silicon micromechanical chip
量子涨落引起范德华力和卡西米尔力，它们在亚微米间距的电中性物体之间的相互作用中占主导地位。在微型化的趋势下，这种量子电动力学效应有望在微纳机械器件中发挥重要作用。然而，在芯片级上利用卡西米尔力仍然是一个主要的挑战，因为迄今为止所有的实验都需要将外部物体手动定位在机械元件附近。在这里，通过将力传感微机械梁和静电致动器集成在单个芯片上，我们演示了同一衬底上的两个微加工硅元件之间的Casimir效应。可以实现两个近平面相互作用表面之间的高度平行，因为它们在单个光刻步骤中被限定。除了为Casimir力测量提供紧凑的平台外，该方案还开启了使用非常规形状的光刻定义组件来定制Casimir力的可能性。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent vortex dynamics in a strongly-interacting superfluid on a silicon chip
二维超流性和量子湍流与量子化涡旋的微观动力学直接相关。然而，表面效应阻止了直接观测强相互作用的二维系统中的相干涡旋动力学。在这里，我们克服了这一挑战，限制在微观尺度上的原子级光滑的表面上的硅芯片的二维液滴的超流氦。一个片上的光学微腔允许激光引发的旋涡团簇和无损观察他们的衰减在一个Single Shot。相干动力学占主导地位，与热涡扩散抑制了六个数量级。这建立了一个新的片上平台，用于研究强相互作用超流体中的涌现现象，测试天体物理动力学，如实验室中中子星超流体核心的天体物理动力学，并构建精密惯性传感器等量子技术。
2019-02-07 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.optics
Telecommunications-band heralded single photons from a silicon nanophotonic chip
我们展示了在CMOS兼容的硅纳米光子器件中预示的单光子产生。耦合谐振器光波导（CROW）提供的强模式约束和慢群速度在电信波长处产生了大的四波混频非线性系数γ_eff ~4100 W^-1 m^-1。利用1549.6 nm的简并泵浦光进行自发四波混频，产生了1529.5 nm和1570.5 nm的光子对，符合与偶然比超过20。对信号光子（1529.5 nm）进行光子相关测量，探测到闲频光子（1570.5 nm），结果显示出反聚束效应，g^（2）（0）= 0.19 \pm 0.03。在硅平台内的单光子源的演示为未来的集成量子光子电路带来了希望。
2012-01-12 physics.optics quant-ph
A Multi-Module Silicon-On-Insulator Chip Assembly Containing Quantum Dots and Cryogenic Radio-Frequency Readout Electronics
本文提出一种基于FDSOI CMOS工艺的低温多模块硅芯片组件，集成了低噪声放大器、单刀八掷开关与硅量子点阵列，成功实现了双单电子盒的时域射频多路复用读出，为全硅量子计算系统奠定基础。
2024-11-21 cond-mat.mes-hall 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
Colour Centre Formation in Silicon-On-Insulator for On-Chip Photonic Integration
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）
本研究探讨了在硅基绝缘体中制造多种颜色中心以实现可大规模生产的量子设备，分析了不同工艺对量子发射体的影响，并发现了新的稳定光学信号。
2026-01-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
On-chip multiplexed multiple entanglement sources in a single silicon nanowire
片上硅（SOI）光子电路以其低损耗、小尺寸、兼容CMOS和电信通信技术等优点，成为最有前途的可扩展量子信息技术平台。多路复用纠缠源包括：基于1cm长单根硅纳米线的能量时间纠缠源、时间箱纠缠源和偏振纠缠源，所有这些源都兼容（100 GHz）密集波分复用（DWDM）系统。利用双光子干涉图、Bell不等式和量子态层析等方法对纠缠源的性质进行了表征。在超过5个通道对上产生多个缠结，具有约97%（100%）的高原始（净）活力。这些纠缠源的发射光谱亮度达到4.2 × 105 /（s·nm·mW）。比较了连续泵浦和脉冲泵浦下产生的光子对的质量。这些高质量的多路复用纠缠源使它们非常有希望用于未来的最小化量子通信和计算系统。
2017-05-09 physics.optics quant-ph
Biphoton statistic of quantum light generated on a silicon chip
我们展示了一个硅芯片双光子源与前所未有的量子交叉相关高达${\rm g_{si}^{(2)}(0) = (2.58 \pm 0.16) \times 10^4}$。发射的双光子本质上是单模的，信号光子和闲频光子分别具有${\rm g_{ss}^{(2)}(0) = 1.90 \pm 0.05}$和${\rm g_{ii}^{(2)}(0) = 1.87 \pm 0.06}$的自相关。我们观察到信号光子和闲频光子之间互相关的波形不对称性，并揭示了单个信号光子和闲频光子模式的自相关的相同和非指数性质，这是腔增强非线性光学过程的性质。双光子源的高效率和高纯度使我们能够在$\rm 1.95 \times 10^5$对/s的对通量下预示具有低至$\rm 0.0059 \pm 0.0014$的条件自相关$\rm g_{c}^{(2)}(0)$的单光子，对于高达$\rm 2.93 \times 10^6$对/s的双光子通量，其保持低于$\rm 0.026 \pm 0.001$，其中单模光纤中的光子制备效率高达51%，在已报道的最佳值中。我们的工作明确表明，硅光子芯片是集成量子光子学的优越材料和器件平台。
2016-02-29 physics.optics quant-ph
