論文の概要: Super-resolved snapshot hyperspectral imaging of solid-state quantum
emitters for high-throughput integrated quantum technologies
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.02626v1
- Date: Sun, 5 Nov 2023 11:51:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-07 16:41:43.987049
- Title: Super-resolved snapshot hyperspectral imaging of solid-state quantum
emitters for high-throughput integrated quantum technologies
- Title（参考訳）: 高出力集積量子技術のための固体量子エミッタの超分解スナップショットハイパースペクトルイメージング
- Authors: Shunfa Liu, Xueshi Li, Hanqing Liu, Guixin Qiu, Jiantao Ma, Liang Nie,
Haiqiao Ni, Zhichuan Niu, Cheng-Wei Qiu, Xuehua Wang and Jin Liu
- Abstract要約: このような長年の課題に対処するために、量子光学におけるハイパースペクトルイメージングの概念を初めて導入する。
抽出した量子ドット位置と発光波長により、表面発光型量子光源と面内フォトニック回路を決定的に製造することができる。
我々の研究は、統合量子フォトニクス技術の展望を変えることが期待されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.369149909203103
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Solid-state quantum emitters coupled to integrated photonic nanostructures
are quintessential for exploring fundamental phenomena in cavity quantum
electrodynamics and widely employed in photonic quantum technologies such as
non-classical light sources, quantum repeaters, and quantum transducers, etc.
One of the most exciting promises from integrated quantum photonics is the
potential of scalability that enables massive productions of miniaturized
devices on a single chip. In reality, the yield of efficient and reproducible
light-matter couplings is greatly hindered by the spectral and spatial
mismatches between the single solid-state quantum emitters and confined or
propagating optical modes supported by the photonic nanostructures, preventing
the high-throughput realization of large-scale integrated quantum photonic
circuits for more advanced quantum information processing tasks. In this work,
we introduce the concept of hyperspectral imaging in quantum optics, for the
first time, to address such a long-standing issue. By exploiting the extended
mode with a unique dispersion in a 1D planar cavity, the spectral and spatial
information of each individual quantum dot in an ensemble can be accurately and
reliably extracted from a single wide-field photoluminescence image with
super-resolutions. With the extracted quantum dot positions and emission
wavelengths, surface-emitting quantum light sources and in-plane photonic
circuits can be deterministically fabricated with a high-throughput by etching
the 1D confined planar cavity into 3D confined micropillars and 2D confined
waveguides. Further extension of this technique by employing an open planar
cavity could be exploited for pursuing a variety of compact quantum photonic
devices with expanded functionalities for large-scale integration. Our work is
expected to change the landscape of integrated quantum photonic technology.
- Abstract（参考訳）: 集積フォトニックナノ構造に結合した固体量子エミッタは、空洞量子電磁力学における基本的な現象を探求するために必須であり、非古典光源、量子リピータ、量子トランスデューサなどのフォトニック量子技術で広く使われている。
集積量子フォトニクスの最もエキサイティングな約束の1つは、単一チップ上の小型デバイスの大量生産を可能にするスケーラビリティの可能性である。
実際、効率的で再現可能な光-物質カップリングの収率は、単一固体量子エミッタ間のスペクトル的及び空間的ミスマッチとフォトニックナノ構造が支持する光モードの閉じ込めまたは伝播によって大きく妨げられ、より高度な量子情報処理タスクのために大規模集積量子フォトニック回路が高スループットで実現されることを防いでいる。
本稿では,量子光学におけるハイパースペクトルイメージングの概念を初めて紹介し,このような長期的課題に対処した。
1次元平面キャビティにおける特異な分散を伴う拡張モードを利用することで、単一広視野フォトルミネッセンス画像から、アンサンブル内の個々の量子ドットのスペクトル及び空間情報を正確かつ確実に抽出することができる。
抽出された量子ドット位置と放射波長により、面発光量子光源および面内フォトニック回路は、1次元閉じ込め平面空洞を3次元閉じ込めマイクロピラーおよび2次元閉じ込め導波路にエッチングすることにより、高スループットで決定論的に作製することができる。
オープンプラナーキャビティを用いたこの技術のさらなる拡張は、大規模統合のための機能拡張を備えた様々なコンパクト量子フォトニックデバイスの追求に利用することができる。
我々の研究は、統合量子フォトニクス技術の展望を変えることが期待されている。
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