論文の概要: Quantum frequency conversion and single-photon detection with lithium niobate nanophotonic chips

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.08484v1
• Date: Sun, 18 Sep 2022 06:30:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-26 04:46:53.505281
• Title: Quantum frequency conversion and single-photon detection with lithium niobate nanophotonic chips
• Title（参考訳）: ニオブ酸リチウムナノフォトニックチップを用いた量子周波数変換と単一光子検出
• Authors: Xina Wang, Xufeng Jiao, Bin Wang, Yang Liu, Xiu-Ping Xie, Ming-Yang Zheng, Qiang Zhang, Jian-Wei Pan
• Abstract要約: 絶縁体 (LNOI) 上のニオブ酸リチウム (Li) はニオブ酸リチウム材料に革命をもたらした。 量子周波数変換(QFC)フォトニックチップは、周波数調整中に量子状態の保存を可能にする。 本研究では,LNOIナノフォトニックプラットフォーム上での低ノイズQFCプロセスを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.233074370900876
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In the past few years, the lithium niobate on insulator (LNOI) platform has revolutionized lithium niobate materials, and a series of quantum photonic chips based on LNOI have shown unprecedented performances. Quantum frequency conversion (QFC) photonic chips, which enable quantum state preservation during frequency tuning, are crucial in quantum technology. In this work, we demonstrate a low-noise QFC process on an LNOI nanophotonic platform designed to connect telecom and near-visible bands with sum-frequency generation by long-wavelength pumping. An internal conversion efficiency of 73% and an on-chip noise count rate of 900 counts per second (cps) are achieved. Moreover, the on-chip preservation of quantum statistical properties is verified, showing that the QFC chip is promising for extensive applications of LNOI integrated circuits in quantum information. Based on the QFC chip, we construct an upconversion single-photon detector with the sum-frequency output spectrally filtered and detected by a silicon single-photon avalanche photodiode, demonstrating the feasibility of an upconversion single-photon detector on-chip with a detection efficiency of 8.7% and a noise count rate of 300 cps. The realization of a low-noise QFC device paves the way for practical chip-scale QFC-based quantum systems in heterogeneous configurations.
• Abstract（参考訳）: 過去数年間、絶縁体上のニオブ酸リチウム(LNOI)プラットフォームはリチウムニオブ酸リチウム材料に革命をもたらし、LNOIに基づく一連の量子フォトニックチップは前例のない性能を示した。 周波数調整時の量子状態保存を可能にする量子周波数変換(QFC)フォトニックチップは、量子技術において重要である。 本研究では,LNOI ナノフォトニックプラットフォーム上でのQFCプロセスの低雑音化を実演する。 内部変換効率73%、オンチップノイズカウント率900カウント/秒(cps)を達成する。 さらに、量子統計特性のオンチップ保存が検証され、量子情報におけるLNOI集積回路の広範な応用にQFCチップが期待できることが示されている。 このqfcチップに基づいて、シリコン単一光子アバランシェフォトダイオードによりスペクトルフィルタして検出される和周波出力を有するアップコンバージョン単一光子検出器を構築し、検出効率8.7%、ノイズカウントレート300cpsのアップコンバージョン単一光子検出器のオンチップによる実現性を示す。 低ノイズQFCデバイスの実現は、不均一な構成で実用的なチップスケールQFCベースの量子システムを実現する道を開く。

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