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Dec 17, 2023

研究者がシンベースの統合フォトニックプラットフォームを開発

Scritto da Mariana Iriarte, 3 giugno 2023 I ricercatori sviluppano con la fotonica

マリアナ・イリアルテ

2023 年 6 月 3 日

研究者たちはフォトニクスを活用して、量子情報技術の厳しい要件に取り組むために必要なハードウェアを開発および拡張しています。 研究者らは、フォトニクスの特性を活用することで、量子ハードウェアをスケーリングする利点を指摘しています。 研究者らは、大規模な量子ハードウェアによって、長距離ネットワーク、複数の量子デバイス間の相互接続、量子コンピューティングとシミュレーションのための大規模な光回路が可能になると述べている。

デンマーク、ドイツ、英国の学際的な研究者チームは、フォトニクスを利用し、その特性を活用して量子ハードウェアを拡張できるプラットフォームを開発する最良の方法に焦点を当てていると、Phys.Orgが報じた。 この目的を達成するために、研究チームは薄膜ニオブ酸リチウムをベースとした統合フォトニックプラットフォームを開発しました。その単結晶は光波にとって重要な材料であり、低損失モードにとって理想的な変調器です。

次に、研究者らは、ナノフォトニック導波路内の量子ドット（半導体結晶）に基づく決定論的な固体単一光子源と統合フォトニックプラットフォームを接続しました。 生成された光子は低損失回路で処理され、研究者らによると、この回路は数ギガヘルツの速度でプログラム可能だという。 研究者らは、高速再プログラム可能な低損失光回路が光量子情報処理のタスクを実行するための鍵であると述べています。

高速プラットフォームは、研究者がいくつかの重要な光情報処理機能を実現するための道を切り開きました。 研究者が実験中に観察した最初の処理機能は、オンチップ量子干渉でした。 研究者らは、2 光子干渉が観察される場合に特徴付けられる、Hong-OuMandel (HOM) 効果を使用しました。 図 1 は、光量子情報処理プラットフォームのパフォーマンスをテストするために実行されたオンチップ HOM 実験を示しています。

チームが実証した、光情報処理の鍵となるもう 1 つの処理機能は、統合された単一光子ルーターです。 研究者らは、量子ドット放出光子用の完全オンチップ光子ルーターを実証しました。 これを達成するために、彼らは高速移相器と量子エミッター波長を統合するプラットフォームの機能を活用して、統合された単一光子ルーターを紹介しました。

同チームは、図2に示すように、6台のマッハツェンダー干渉計と10台の位相変調器のネットワークで構成されるユニバーサル4モード干渉計も実装した。プログラム可能なマルチモード量子フォトニック干渉計は、フォトニック量子技術の重要な機能を実装するために最も重要である。 。 そして、研究者らは、干渉計は量子計算の優位性実験やアナログ量子シミュレーションのための回路を実現できると述べた。

Science Advances が発表した研究論文の中で、研究者らは、薄膜ニオブ酸リチウムをベースにした高速統合フォトニック プラットフォームの開発について詳しく説明しています。 この論文のタイトルは「固体量子エミッタによって駆動される高速薄膜ニオブ酸リチウム量子プロセッサ」です。

著者らは、この結果は、固体の決定論的光子源を備えた統合フォトニクスが、量子技術を複数の段階で拡張するための有望な選択肢であることを示したと主張している。 今後は、プラットフォームをさらに最適化して、結合損失と伝播損失を削減することができます。 特に、フォールトトレラントな量子コンピューティング アーキテクチャ (光子あたりの損失レベルが ≲10%) は、現実に一歩近づいています。

学際的な研究者チームは全員、ハイブリッド量子ネットワークセンター (Hy-Q)、ニールス・ボーア研究所、コペンハーゲン大学 (デンマーク) などの国際機関の出身です。 ミュンスター大学物理学研究所 (ドイツ); CeNTech - ナノテクノロジーセンター (ドイツ)。 SoN—ソフト ナノサイエンス センター (ドイツ)。 ウルフソン生物医学研究所、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（英国）、 ルール大学ボーフム (ドイツ); ハイデルベルク大学（ドイツ）。