論文の概要: Numerical optimization of a nanophotonic cavity by machine learning for
near-unity photon indistinguishability at room temperature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.15000v2
- Date: Mon, 11 Apr 2022 14:50:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-10 01:05:38.718106
- Title: Numerical optimization of a nanophotonic cavity by machine learning for
near-unity photon indistinguishability at room temperature
- Title（参考訳）: ナノフォトニックキャビティの機械学習による室温における近単位光子不識別性の数値的最適化
- Authors: J. Guimbao, L. Sanchis, L.M. Weituschat, J.M. Llorens, M. Song, J.
Cardenas, P.A. Postigo
- Abstract要約: 室温での高識別性(I)は、最も決定論的な単一光子源(SPS)の本質的な劣化により取得が困難である
本稿では,様々な単一光子エミッタのRTにおける理論的近傍均一性Iと高結合効率(ベータ)を実現するハイブリッドスロット-ブラッグナノフォトニックキャビティの設計と最適化の数値実証を行う。
この提案はスケーラブルな技術ではないが、単一光子操作の実験的な実証に適している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Room-temperature (RT), on-chip deterministic generation of indistinguishable
photons coupled to photonic integrated circuits is key for quantum photonic
applications. Nevertheless, high indistinguishability (I) at RT is difficult to
obtain due to the intrinsic dephasing of most deterministic single-photon
sources (SPS). Here we present a numerical demonstration of the design and
optimization of a hybrid slot-Bragg nanophotonic cavity that achieves
theoretical near-unity I and high coupling efficiency (\b{eta}) at RT for a
variety of singlephoton emitters. Our numerical simulations predict modal
volumes in the order of 10-3 ({\lambda}/2n)3 , allowing for strong coupling of
quantum photonic emitters that can be heterogeneously integrated. We show that
high I and \b{eta} should be possible by fine-tuning the quality factor (Q)
depending on the intrinsic properties of the single-photon emitter.
Furthermore, we perform a machine learning optimization based on the
combination of a deep neural network and a genetic algorithm (GA) to further
decrease the modal volume by almost three times while relaxing the tight
dimensions of the slot width required for strong coupling. The optimized device
has a slot width of 20 nm. The design requires fabrication resolution in the
limit of the current state-ofthe-art technology. Also, the condition for high I
and \b{eta} requires a positioning accuracy of the quantum emitter at the
nanometer level. Although the proposal is not a scalable technology, it can be
suitable for experimental demonstration of single photon operation
- Abstract（参考訳）: 室温(RT)は、フォトニック集積回路に結合した不明瞭な光子のオンチップ決定論的生成である。
しかし,ほとんどの決定論的単一光子源(SPS)の内在的劣化のため,RTにおける高識別性(I)を得るのは難しい。
本稿では,様々な単一光子エミッタのRTにおける理論的近傍均一性Iと高結合効率(\b{eta})を実現するハイブリッドスロット-ブラッグナノフォトニックキャビティの設計と最適化の数値実証を行う。
我々の数値シミュレーションは、10-3({\lambda}/2n)3の順にモーダル体積を予測し、不均一に積分できる量子フォトニックエミッタの強い結合を可能にする。
単光子エミッタの固有特性に応じて品質係数 (q) を微調整することにより、高i および \b{eta} が実現可能であることを示す。
さらに,深層ニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズム(ga)の組み合わせに基づく機械学習最適化を行い,強結合に必要なスロット幅の密な寸法を緩和しつつ,モーダルボリュームを約3倍削減する。
最適化装置は、スロット幅が20nmである。
この設計は、現在の最先端技術の限界における製造の解決を必要とする。
また、高I と \b{eta} の条件は、ナノメートルレベルでの量子エミッタの位置決め精度を必要とする。
この提案はスケーラブルな技術ではないが、単一光子動作の実験的な実証に適している。
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