Quantum Photonic Node for On-Chip State Transfer
集成量子光子学有望扩大系统规模，并形成具有分布式信息处理和模拟单元的片上量子网络。这种量子网络的一个突出需求是在远端节点之间具有高保真和高效的片上状态传输。虽然节点通过波导自然地连接，但满足这种需求是具有挑战性的，因为必须满足严格的条件，例如空间模式匹配配置和时间反转对称性。本文报道了一种由单量子发射器和级联微谐振器组成的用于片上状态传输的量子光子节点。通过接口节点与波导，我们表明，所有的发射从节点可以漏斗到波导和它的时间分布可以合成为时间反演对称。我们从理论上证明了在没有任何动态控制的情况下，在两个远端节点之间的片上量子态传输可以达到接近1的总成功率。此外，我们讨论了我们的方案与CMOS兼容的集成光子平台和固态量子光学技术的实验实现。
2019-08-10 quant-ph
Integrated photonic qubit quantum computing on a superconducting chip
我们研究了一个利用超导芯片上传输线谐振器中的微波光子作为量子比特的量子计算系统。我们表明，量子计算所需的所有控制都可以通过耦合到同一芯片上的约瑟夫森器件来实现，并利用它们固有的强非线性来实现量子比特相互作用。我们分析了门错误率，以证明我们的计划是现实的，即使是有限的退相干时间的约瑟夫森器件。基于现有技术的概念创新解决方案，我们的方案提供了一个集成和可扩展的方法，光子量子位量子计算的下一个关键里程碑。
2009-09-30 quant-ph
Towards graph classification with Gaussian Boson Sampling by embedding graphs on the X8 photonic chip
可以在其上执行高斯玻色子采样的光子芯片已经可以在云上访问，特别是Xanadu的X8芯片。在这份技术报告中，我们研究了它的潜在用途，作为量子设备上图形分类的第一步。为了实现这一目标，我们研究了生成样本的图嵌入方法，从而得到特征向量。这是在一类受限的无权、无向和无环图上完成的。硬件约束与可以编码的图的属性相匹配。我们报告的X8芯片上的实验，以及比较经典的计算机和解析解的数值模拟。我们通过尝试考虑光子损失并相应地解释观察到的结果来结束本技术报告。
2021-09-27 quant-ph
Scalable on-chip integration of diamond color centers for cryogenic quantum photonics
Yokohama National University（横滨国立大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Hiroshima University（广岛大学）
本文提出了一种芯片集成的钻石光子晶体腔，包含氮空位中心，通过边缘耦合光纤观察到NV中心发射的Purcell增强，展示了钻石色心的低温操作，为可扩展的钻石量子通信平台奠定基础。
2026-04-08 quant-ph
Reconfigurable controlled two-qubit operation on a quantum photonic chip
集成量子光子学是量子信息处理、量子通信和量子精密测量的理想平台。在所有这些应用中，不仅需要能够创建和检测光的福克态，而且还需要对实现某些期望的逻辑操作的光子电路进行编程。在这里，我们展示了一个可重构的控制两个量子比特操作的芯片上使用的多波导干涉仪与可调移相器。我们发现理论和实验之间的良好协议，与0.98 \pm 0.02之间的平均相似性测量和理想的操作。
2012-05-19 quant-ph
Loop Quantum Photonic Chip for Coherent Multi-Time-Step Evolution
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Tongji University（同济大学）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；University of Toronto（多伦多大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）
本文提出环形量子光子芯片，通过循环结构实现多时间步量子模拟，提升效率并减少损耗，验证了其在spin-boson模型中的有效性。
2026-04-15 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
Compressive single-pixel read-out of single-photon quantum walks on a polymer photonic chip
针对聚合物光子芯片密集输出端口的单光子收集难题，提出基于数字微镜器件的单像素成像方法，实现量子行走单光子空间分布的高精度重建，并验证了压缩感知优化策略的可行性。
2023-07-11 quant-ph
Shor's quantum factoring algorithm on a photonic chip
肖尔的量子因式分解算法比任何其他已知的方法都要快得多，这是现代信息安全的核心任务，特别是在互联网上。这种算法需要一台量子计算机，一种利用量子叠加和量子比特（或量子比特）纠缠所提供的“大规模并行性”的设备。我们报告的示范编译版本的肖尔算法的集成波导硅芯片上，引导四个单光子量子比特通过计算因子15。
2009-11-06 quant-ph
Quantum Photonic Interconnect
集成光子学使量子技术取得了很大进展。包括量子通信、传感、分布式和云量子计算在内的许多应用将需要在单独的基于芯片的子系统之间进行相干光子互连。大规模量子计算系统和架构可能最终需要量子互连以实现超出单个晶片的限制并朝向“多芯片”系统的缩放。然而，由于这些量子态的脆弱性以及在单个相干系统内的至少两种介质中传输光子的苛刻挑战，相干互连单独的芯片是具有挑战性的。在多个设备之间分配和操纵量子比特纠缠是互连系统最严格的要求之一。在这里，我们报告了一个量子光子互连，展示了两个独立芯片之间的高保真纠缠分布和操纵，使用最先进的硅光子学实现。路径纠缠态在片上产生和操纵，并通过路径编码和偏振编码之间的相互转换在芯片之间分布。我们使用集成状态分析器来确认两个芯片之间的$S$ =2.638+-0.039的Bell型违反。随着损耗的改善，这种量子互连将为量子技术提供新水平的灵活系统和架构。
2015-09-26 quant-ph
Photonic Chips for Universal Quantum Computing: Retrospective and Prospective
Research Institute For Quantum Technology (RIQT)（量子技术研究所）；Department of Electrical and Electronic Engineering, The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学电气电子工程系）；Institute of Physics, Johannes-Gutenberg University of Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）
本综述回顾集成光子量子芯片作为通用量子计算平台的进展，涵盖离散与连续变量方向，指出需解决的容错扩展挑战，并展望通往可扩展量子微处理器的研究方向。
2026-10-09 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
Atomic-scale on-demand photon polarization manipulation with high-efficiency for integrated photonic chips
Sun Yat-sen University（中山大学）；Anhui University of Technology（安徽工业大学）
针对集成量子光子电路缺乏偏振编码的问题，提出集成单量子发射器的波导方案实现单光子任意偏振操控，该偏振转换器具备转换灵活、频率可调、高效抗耗散和原子级尺寸等优势，为集成量子光子电路的偏振编码提供有效方案，助力量子光子芯片发展。
2024-09-26 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
Integrated Conditional Teleportation and Readout Circuit Based on a Photonic Crystal Single Chip
我们利用二维光子晶体单芯片设计了集成的条件量子隐形传态电路和读出电路。所提出的量子线路的制造和测试可以用当前或不久的将来的半导体工艺技术和实验技术来完成。我们的设备的读出部分，它具有独立使用的原子干涉仪的潜力，也可以单独使用或与其他兼容的光学电路集成，以实现原子状态检测。通过将其与光学系统中的源和检测器集成，可以在紧凑性和鲁棒性方面进一步改进该设备。
2006-05-06 quant-ph
Photonic integrated chip enabling orbital angular momentum multiplexing for quantum communication
携带轨道角动量的光是经典和量子信息技术的重要资源。它固有的无界性质可以用来产生高维量子态或用于经典和量子通信中的信道复用，以分别显著提高数据容量和密钥速率。虽然具有轨道角动量的光的巨大潜力已被广泛确定，但其技术部署仍然受到能够产生和操纵它的集成和可扩展光子器件的制造所带来的困难的限制。在这里，我们提出了一种能够在800 m长的环芯光纤中激发轨道角动量模式的光子集成芯片，允许我们同时使用2和3种不同的模式来执行并行量子密钥分发。该实验为通过紧凑且重量轻的硅芯片实现量子轨道角动量分割多路复用迈出了第一步，并进一步推动了支持轨道角动量模式的集成可扩展设备的开发。
2021-09-09 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
Quantum teleportation on a photonic chip
量子隐形传态是量子物理学中的一个基本概念，它现在在量子技术的核心，包括量子中继器，量子中继器和线性光学量子计算（LOQC）中找到重要的应用。光子学的实现主要集中在实现远距离隐形传态，因为它适合于无消相干通信。隐形传态在光子量子计算的可扩展性中也起着至关重要的作用，大型线性光网络可能需要集成架构。在这里，我们报告的第一个演示量子隐形传态，其中所有的关键部分-纠缠制备，贝尔态分析和量子态层析-在一个可重构的集成光子芯片上进行。我们还表明，一种新的元素的表征方法是至关重要的，以减轻组件的错误，一个关键技术，这将变得越来越重要的集成电路达到更高的复杂性所需的量子增强操作。
2014-09-15 quant-ph
Calibration and High Fidelity Measurement of a Quantum Photonic Chip
集成量子光子电路正变得越来越复杂。器件参数的精确校准和制备的量子态的详细表征对于未来的进展至关重要。在这里，我们报告了一个有效的实验校准方法的基础上贝叶斯更新和马尔可夫链蒙特卡罗积分。我们使用这种校准技术来表征两个量子位芯片，并提取其定向耦合器的反射率。对四个Bell态的平均量子态层析成像保真度为93.79+/-1.05%。此外，将测量的密度矩阵与使用从校准导出的非理想器件参数的模型进行比较，我们实现了97.57+/-0.96%的平均保真度。这指出芯片参数的非理想性是贝尔态保真度下降的主要因素。我们还进行了量子态层析贝尔态，而连续变化的光子可分辨性，并找到与理论非常吻合。
2013-06-07 quant-ph
Integrated photonic platform with high-speed entanglement generation and witnessing
本研究在硅光子芯片上实现基于诱骗态技术的多轨单光子纠缠产生与验证，采用12.5 GHz带宽片上平衡零拍探测器室温运行，经损耗补偿后保真度达92%、CHSH违反下界2.59，为集成室温量子光子系统提供可行方案。
2025-10-06 quant-ph
Measurement-Based Quantum Computing on a Photonic Chip
Institute for Quantum Information and Technology, University of Stuttgart（斯图加特大学量子信息与技术研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST), University of Stuttgart（斯图加特大学综合量子科学与技术中心）；Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS)（斯图加特微电子研究所）
研究在集成硅光子芯片上进行基于测量的量子计算，通过生成特定图态实现单双比特门及相关算法，展示了可重构四光子MBQC的可行性，为大规模实现奠定基础。
2026-07-10 quant-ph
Intra-atomic frequency comb based photonic quantum memory using single-atom-cavity setup
光子的按需和有效存储是量子信息处理和长距离量子通信的基本要素。大多数量子存储器协议需要体系统来存储光子。然而，随着用于量子信息处理的集成光子芯片平台的出现，片上量子存储器受到高度追捧。在本文中，我们提出了一个仅使用单原子腔结构的多模光子量子存储器协议。我们证明了一个含有频率梳的单原子耦合到一个光腔中可以有效地存储光子。此外，该方案还可以用于存储光的偏振状态。作为例子，我们表明，铷和铯原子耦合到纳米光子波导腔可以作为有前途的候选人，以实现我们的计划。这为在集成光子芯片中使用鲁棒且高效的片上量子存储器提供了可能性。
2022-07-21 quant-ph
A Unidirectional On-Chip Photonic Interface for Superconducting Circuits
我们提出并分析了一种实现片上可扩展级联量子器件的无源架构。与标准方法相比，我们的方案不依赖于破坏洛伦兹互易性。相反，我们设计了超导transmon量子比特对和微波传输线之间的相互作用，使得两个离域正交激发发射（和吸收）沿相反方向传播的光子。我们展示了如何利用这种级联的量子器件来被动地探测和测量静止量子比特的量子寄存器上的复杂多体算子，从而实现遥远量子比特之间的量子态的预示性转移，以及用于量子纠错的稳定码的生成和操纵。
2019-11-06 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
Continuous-variable quantum key distribution over 28.6 km fiber with an integrated silicon photonic receiver chip
本文提出一种基于集成硅光子接收芯片的 real local oscillator 连变量量子密钥分发系统，通过优化 homodyne 探测器实现 28.6 km 传输与 Mbps 级密钥率，推动大规模量子网络部署。
2024-02-16 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
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
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
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
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
Demonstration of Lossy Linear Transformations and Two-Photon Interference on a Photonic Chip
该研究在基于奇异值分解设计的光子芯片上，利用辅助波导的工程化损耗实现纠缠光子空间关联从聚束到反聚束的调控，还观测到损耗通道内的光子符合事件，为量子光子集成芯片设计提供参考。
2024-04-09 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
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
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
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
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
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
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
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
Interfacing scalable photonic platforms: solid-state based multi-photon interference in a reconfigurable glass chip
本研究将量子点多光子源与可重构玻璃芯片结合，实现高速三光子干涉，并预测未来可支持约40 Hz的十光子实验。
2019-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reconfigurable quantum photonics with on-chip detectors
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本文提出一种可重构量子光子学平台，实现高消光比光路由、高动态范围单光子探测及光学激发稳定，突破热敏感超导单光子探测器与热可重构光子学的集成难题。
2020-07-13 physics.app-ph 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
Reconfigurable photonics on a glass chip
集成光子芯片的可重构性在当前线性光学量子计算领域的实验中起着关键作用。我们展示了一个可重构的多端口干涉仪实现为飞秒激光写入集成光子器件。该器件包括一个飞秒激光写入的$4\times 4$多端口干涉仪，配备了12个热光移相器，使其成为一个通用的可编程线性光学电路。我们实现了单套马赫-曾德尔干涉仪$\sim10$ ms的快速开关时间，并定量分析了光路的可重构性。我们相信，我们的研究结果将改善目前状态的量子光学实验利用飞秒激光写入光子电路。
2018-05-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Invisibility Cloak Printed on a Photonic Chip
通过适当地控制电磁场，可以实现隐身。这种非凡的能力已经在变换和射线光学中得到了证明。另外，通过将电磁场限制在三维阵列波导中，并在物体周围引入适当的集体曲率来创建空间斗篷也是现实的。我们通过飞秒激光直写在硼硅酸盐中实现了人工结构，在那里我们制作了多达5000个波导的原型，以隐藏毫米级体积。通过归一化互相关、层析成像和连续三维视角扫描等方法对隐身衣的性能进行了表征。结果表明，利用波导光学可以实现隐身。此外，在光子芯片上直接打印隐形斗篷可以实现经典和量子集成光子学中的可控研究和新应用，例如使其自身的芯片上电路的耦合或交换操作不可见。
2016-06-22 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
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
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
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
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
Vector Vortex Beam Emitter Embedded in a Photonic Chip
矢量涡旋光束同时携带光的自旋和轨道角动量，为现代光学提供了额外的自由度，并为经典和量子信息技术提供了新的资源。固有的无限维度可以被利用来增强数据容量，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量子计算机器。目前，矢量涡旋光束从芯片表面发射到自由空间的研究已经取得了很大的进展，但在光子晶体芯片内部产生矢量涡旋光束的研究还没有实现。在这里，我们展示了第一个矢量涡旋光束发射器嵌入在光子芯片使用飞秒激光直写。我们实现了矢量涡旋光束与高斯光束的转换，转换效率高达30%，标量涡旋光束的转换效率高达74%。我们还提出了一个扩展的耦合模模型来理解模式转换和制造过程中的缺陷的影响。嵌入式产生的方式使得矢量涡旋光束可以直接用于进一步的传输、操纵和发射，而无需任何额外的互连。再加上作为阵列集成的能力，我们的研究结果可能使矢量涡旋光束能够在光子芯片内进行高容量通信和高维量子信息处理。
2020-01-27 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
Transverse mode-encoded quantum gate on a silicon photonic chip
正交横模作为集成光子电路中的一个重要自由度，为经典和量子信息处理提供了一种灵活的提高通信能力的途径。为了构建大规模的片上多模多自由度量子系统，需要一个横模编码的受控非门（CNOT）。在这里，我们通过在硅光子芯片上设计和集成横向模式相关的定向耦合器和衰减器，首次实现了双量子比特量子门的多模实现。借助于态制备和分析部分，我们证明了该门能够纠缠两个分离的横模量子比特，平均保真度为$0.89\pm0.02$，在量子非局域性验证中实现了10个标准偏差的违反。此外，从用于完全表征CNOT门的量子过程层析成像获得了$0.82\pm0.01$的保真度。我们的工作为普遍的横模编码量子操作和大规模多模多自由度量子系统铺平了道路。
2021-11-08 physics.optics quant-ph
