論文の概要: Scalable quantum photonic devices emitting indistinguishable photons in
the telecom C-band
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.02515v1
- Date: Wed, 5 Apr 2023 15:39:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 12:15:58.456515
- Title: Scalable quantum photonic devices emitting indistinguishable photons in
the telecom C-band
- Title（参考訳）: 通信用cバンドにおける識別不能光子を発するスケーラブル量子フォトニックデバイス
- Authors: Pawe{\l} Holewa and Emilia Zi\k{e}ba-Ost\'oj and Daniel A. Vajner and
Maja Wasiluk and Benedek Ga\'al and Aurimas Sakanas and Marek Burakowski and
Pawe{\l} Mrowi\'nski and Bartosz Krajnik and Meng Xiong and Alexander Huck
and Kresten Yvind and Niels Gregersen and Anna Musia{\l} and Tobias Heindel
and Marcin Syperek and Elizaveta Semenova
- Abstract要約: エピタキシャル半導体量子ドット(英語版)(QD)は量子光発生のための有望な資源である。
解決策として、QDを画像化し、ローカライズし、決定論的デバイス製造を可能にする。
InP上においてエピタキシャルに成長したQDの放射波長のイメージングについて報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.24757332810004
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Epitaxial semiconductor quantum dots (QDs) are a promising resource for
quantum light generation and the realization of non-linear quantum photonic
elements operating at the single-photon level. Their random spatial
distribution resulting from their self-organized nature, however, restrains the
fabrication yield of quantum devices with the desired functionality. As a
solution, the QDs can be imaged and localized, enabling deterministic device
fabrication. Due to the significant electronic noise of camera sensors
operating in the telecommunication C-band, $1530-1560~\mathrm{nm}$, this
technique remained challenging. In this work, we report on the imaging of QDs
epitaxially grown on InP with emission wavelengths in the telecom C-band
demonstrating a localization accuracy of $80~\mathrm{nm}$. This is enabled by
the hybrid integration of QDs in a planar sample geometry with a bottom
metallic reflector to enhance the out-of-plane emission. To exemplify our
approach, we successfully fabricate circular Bragg grating cavities around
single pre-selected QDs with an overall cavity placement uncertainty of
$90~\mathrm{nm}$. QD-cavity coupling is demonstrated by a Purcell enhancement
up to $\sim5$ with an estimated photon extraction efficiency of
$(16.6\pm2.7)\%$ into a numerical aperture of $0.4$. We demonstrate triggered
single-photon emission with $g^{(2)}(0)=(3.2\pm0.6)\times10^{-3}$ and
record-high photon indistinguishability associated with two-photon interference
visibilities of $V = (19.3\pm2.6)\%$ and $V_{\mathrm{PS}} =
99.8^{+0.2}_{-2.6}\%$ without and with temporal postselection, respectively.
While the performance of our devices readily enables proof-of-principle
experiments in quantum information, further improvements in the yield and
coherence may enable the realization of non-linear devices at the single photon
level and advanced quantum networks at the telecom wavelength.
- Abstract（参考訳）: エピタキシャル半導体量子ドット(qds)は、単一光子レベルで動作する非線形量子フォトニック素子の量子光発生と実現に有望な資源である。
自己組織的な性質から生じるランダムな空間分布は、所望の機能を持つ量子デバイスの製造歩留まりを抑制する。
解決策として、QDを画像化し、ローカライズし、決定論的デバイス製造を可能にする。
テレコミュニケーションCバンドで作動するカメラセンサーの電子ノイズが1530～1560〜\mathrm{nm}$の大きいため、この技術は依然として難しかった。
本研究では,InP上でエピタキシャルに成長したQDを,Cバンドの放射波長で撮像し,その局在精度を80〜\mathrm{nm}$で示す。
これはqdsを平面サンプル幾何とボトムメタルリフレクターとのハイブリッド結合により、面外放射を増大させることによって実現される。
提案手法を実証するため, 単一選択QDの周囲に丸いブラッググレーティングキャビティを作製し, 全体の空洞配置の不確かさを90〜\mathrm{nm}$とした。
QD-キャビティカップリングは、Purcellによる最大$\sim5$まで、推定光子抽出効率は$16.6\pm2.7)\%$から$0.4$までの数値開口で実証される。
我々は、$g^{(2)}(0)=(3.2\pm0.6)\times10^{-3}$と、$V = (19.3\pm2.6)\%$と$V_{\mathrm{PS}} = 99.8^{+0.2}_{-2.6}\%$の2光子干渉振動を伴う記録高光子の不一致性を実証した。
我々の装置の性能は量子情報の実証実験を容易にできるが、収率とコヒーレンスの改善により、単一光子レベルにおける非線形デバイスの実現と、テレコム波長における先進量子ネットワークの実現が可能となる。
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