論文の概要: Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.13549v1
- Date: Mon, 24 Oct 2022 19:06:57 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-21 18:37:17.233277
- Title: Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
- Title（参考訳）: GHz周波数ナノメカニクスによるシリコンの電気光学変換
- Authors: Han Zhao, Alkim Bozkurt, and Mohammad Mirhosseini
- Abstract要約: 我々は3.3MHz帯で1.8×10-7$のマイクロ波光子変換効率を示す。
以上の結果から,結晶シリコンを用いた集積デバイスによる量子トランスダクションに向けたステップストーンが得られた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.513920571044517
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Interfacing electronics with optical fiber networks is key to the
long-distance transfer of classical and quantum information.
Piezo-optomechanical transducers enable such interfaces by using GHz-frequency
acoustic vibrations as mediators for converting microwave photons to optical
photons via the combination of optomechanical and piezoelectric interactions.
However, despite successful demonstrations, efficient piezo-optomechanical
transduction remains out of reach due to the challenges associated with hybrid
material integration and increased loss from piezoelectric materials when
operating in the quantum regime. Here, we demonstrate an alternative approach
in which we actuate 5-GHz phonons in a conventional silicon-on-insulator
platform. In our experiment, microwave photons resonantly drive a phononic
crystal oscillator via the electrostatic force realized in a charge-biased
narrow-gap capacitor. The mechanical vibrations are subsequently transferred
via a phonon waveguide to an optomechanical cavity, where they transform into
optical photons in the sideband of a pump laser field. Operating at room
temperature and atmospheric pressure, we measure a microwave-to-optical photon
conversion efficiency of $1.8 \times 10^{-7}$ in a 3.3 MHz bandwidth, and
demonstrate efficient phase modulation with a half-wave voltage of $V_\pi = 750
$ mV. Our results mark a stepping stone towards quantum transduction with
integrated devices made from crystalline silicon, which promise efficient
high-bandwidth operation, and integration with superconducting qubits.
Additionally, the lack of need for piezoelectricity or other intrinsic
nonlinearities makes our approach adaptable to a wide range of materials for
potential applications beyond quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 光ファイバーネットワークを用いたインターフェースエレクトロニクスは、古典的および量子的情報の長距離転送の鍵となる。
ピエゾ-オプトメカニカルトランスデューサは、マイクロ波光子を光機械的相互作用と圧電相互作用の組み合わせで光子に変換する媒介器としてghz周波数の音響振動を使用することで、そのようなインターフェースを可能にしている。
しかし、実証が成功したにもかかわらず、ハイブリッド材料の統合と量子状態における圧電材料損失の増加に伴う課題により、効率的な圧電-オプトメカニカルトランスダクションは到達できない。
本稿では,従来のシリコンオン絶縁体プラットフォームで5GHzフォノンを動作させる方法を示す。
実験では、マイクロ波光子が荷電バイアス狭ギャップキャパシタで実現される静電力を介してフォノニック水晶発振器を共振駆動する。
その後、機械的振動はフォノン導波路を介して光機械的キャビティに伝達され、ポンプレーザーのサイドバンドで光子に変換される。
室温および大気圧で動作する場合,3.3MHz帯で1.8〜10^{-7}$のマイクロ波-光子変換効率を測定し,半波長電圧のV_\pi =750$mVで効率的な位相変調を示す。
この結果は,高帯域幅の効率的な動作と超伝導量子ビットの統合を約束する結晶シリコンを用いた集積デバイスによる量子トランスダクションに向けたステップストーンとなる。
さらに、圧電性や他の固有の非線形性の必要性の欠如により、我々のアプローチは量子技術以外の潜在的な応用のために幅広い材料に適応できる。
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