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量子器件的光源分析

2023-4-28 12:56| 发布者: 光执事| 查看: 1365| 评论: 0

摘要: 专用于量子传感、量子计算、量子测量等的芯片主要成分是非经典的光态,如单光子和纠缠光子

传统芯片的制造很难,但凭借数十亿美元的专业设备和穿着白色兔子套装的家伙,这是可以做到的。量子芯片的制造非常困难。此外,还需要非线性光源,使这种光源可制造。

 

在最近的研究中已经证明了大约≈ 20 μm 非经典光源的构造。

 

该研究来自法国的四个角落以及马里兰州的美国国家标准与技术研究院(NIST)。他们首先详细阐述了产生非经典光状态的量子谐振器,类似于微环和光子晶体(PhC)腔。

 

科学家们做出了奇异的选择,即光子晶体。他们开发了第一个在室温下工作的光学参量振荡器(OPO),带有微瓦级连续波泵。

 

使用磷化铟镓(InGaP)代替硅。该测试媒介被开发为在电信光谱范围内工作,即使发射光谱可以设计。

 

他们说明了制造过程中的可重复性,以及在极低的泵浦功率(≈ 40 μW)的帮助下实现有效参数转换的潜力,这是节约能源的关键。

 

该装置产生相关的光子和低于及接近阈值的正交挤压真空,这两者都是量子信息的资源。OPO 通过有效地转换泵的功率,在阈值上产生相关的相干光束。

 

该研究提供了对 OPO 的测量,并分析了质量、调整、公差和缩放等问题。

 

来自挤压光的光子,泵浦衰变,回音壁模式,情况退化。然而,存在时间-能量纠缠的光子对和温和的约束条件。

 

用于量子计算的光子组合电路的迷人语言掩盖了它的严肃性。美国商务部实验室(NIST)参与其中的一个原因是NIST负责监督网络安全技术。如果不良行为者制造了量子芯片,那么就有可能破坏任何代码。

 

正如作者所描述的那样,与当今的数字芯片相比,量子优势在于晶体内部的量子力学能够实现非指数缩放,而这需要非常复杂的数学运算。

 

深入研究规范共振四波混合(FWM)的概念,意味着四波混合FWM发生在一个空腔中,只允许三种模式的相互作用(非退化情况下为四种)。

 

在这种情况下,规范的使用与哈密顿矩阵变换(数学)的细节有关。在考虑结构紊乱时,他们捍卫了他们对PhC腔签证争夺环形谐振器的选择。它们展示了如何制造具有规定数量的模式而不是更多模式的谐振器。这一点很重要,因为附加模式意味着谐振器的音量更大。

 

更重要的是,这些模式中的每个都可以单独调节,也就是说,它们的频率间隔和品质因数可以发展为不同的。这转化为对参数过程的出色控制,保证只有首选的相互作用才能有效发生,抑制寄生效应。实际上获得这种程度的控制是极其困难的。

 

然后,作者匹配了PhC多模谐振器的三种几何形状的特性。光子晶体包括具有二维空穴图案的200 nm薄层In0.5Ga0.5P

 

一批新设备的详细统计分析显示结构紊乱会引起同一谐振器模式的不相关波动。

 

研究人员还比较了11OPO中参数振荡的理论和实验,在斜率效率和阈值方面具有良好的一致性。

 

期刊参考文献

Chopin, A., et al. (2022) Canonical Resonant Four-Wave-Mixing in Photonic Crystal Cavities: Tuning, Tolerances and Scaling. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronicshttps://doi.org/10.1109/JSTQE.2022.3229164.

 

Source: https://www.ieee.org/



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