論文の概要: A Versatile Chip-Scale Platform for High-Rate Entanglement Generation using an AlGaAs Microresonator Array
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.16360v1
- Date: Fri, 20 Dec 2024 21:45:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-24 15:56:29.760697
- Title: A Versatile Chip-Scale Platform for High-Rate Entanglement Generation using an AlGaAs Microresonator Array
- Title（参考訳）: AlGaAsマイクロ共振器アレイを用いた高レートエンタングルメント発生のための可変チップスケールプラットフォーム
- Authors: Yiming Pang, Joshua E. Castro, Trevor J. Steiner, Liao Duan, Noemi Tagliavacche, Massimo Borghi, Lillian Thiel, Nicholas Lewis, John E. Bowers, Marco Liscidini, Galan Moody,
- Abstract要約: 集積フォトニックマイクロ共振器はフォトニック量子ビットの生成に欠かせない資源となっている。
我々は、20個の小放射マイクロ共振器のアレイを多重化し、それぞれ650GHzの光子対の時間エネルギーエンタングル光子を発生させる。
我々は87$%(背景補正付き90$%)以上の忠実度を持つ最大絡み合う2量子ビットベル状態の周波数ビン量子ビットを生成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Integrated photonic microresonators have become an essential resource for generating photonic qubits for quantum information processing, entanglement distribution and networking, and quantum communications. The pair generation rate is enhanced by reducing the microresonator radius, but this comes at the cost of increasing the frequency mode spacing and reducing the quantum information spectral density. Here, we circumvent this rate-density trade-off in an AlGaAs-on-insulator photonic device by multiplexing an array of 20 small-radius microresonators each producing a 650-GHz-spaced comb of time-energy entangled-photon pairs. The resonators can be independently tuned via integrated thermo-optic heaters, enabling control of the mode spacing from degeneracy up to a full free spectral range. We demonstrate simultaneous pumping of five resonators with up to $50$ GHz relative comb offsets, where each resonator produces pairs exhibiting time-energy entanglement visibilities up to 95$\%$, coincidence-to-accidental ratios exceeding 5,000, and an on-chip pair rate up to 2.6 GHz/mW$^2$ per comb line -- more than 40 times improvement over prior work. As a demonstration, we generate frequency-bin qubits in a maximally entangled two-qubit Bell state with fidelity exceeding 87$\%$ (90$\%$ with background correction) and detected frequency-bin entanglement rates up to 7 kHz ($\sim 70$ MHz on-chip pair rate) using $\sim 250$ $\mu$W pump power. Multiplexing small-radius microresonators combines the key capabilities required for programmable and dense photonic qubit encoding while retaining high pair-generation rates, heralded single-photon purity, and entanglement fidelity.
- Abstract（参考訳）: 集積フォトニックマイクロ共振器は、量子情報処理、絡み合い分布とネットワーク、および量子通信のためのフォトニック量子ビットを生成するための必須資源となっている。
ペア生成速度はマイクロ共振器半径を小さくすることで向上するが、これは周波数モードの間隔を小さくし、量子情報スペクトル密度を小さくするコストがかかる。
ここでは、20個の小放射マイクロ共振器のアレイをそれぞれ650GHz間隔の光子対に多重化することにより、AlGaAs-on-insulatorフォトニックデバイスにおけるこの比密度トレードオフを回避する。
共振器は一体型熱光学ヒーターで独立に調整することができ、縮退から完全な自由スペクトル範囲までの距離のモードを制御できる。
共振器は5つの共振器を最大50ドル GHz の相対周波数オフセットで同時にポンピングし、各共振器は95ドル % の時間-エネルギーの絡み合う振動を示すペアを出力し、偶発/一致比は5,000ドルを超え、オンチップのペアレートは2.6 GHz/mW$^2$に向上する。
実演として、最大絡み合う2量子ビット状態の周波数ビン量子ビットを87$\%$(背景補正付き90$\%$)以上で生成し、最大7kHz (\sim 70$ MHz on-chip pair rate) の周波数ビン量子ビットを、$\sim 250$$\mu$Wポンプパワーを用いて検出する。
多重化小放射マイクロ共振器は、プログラム可能および高密度のフォトニック量子ビット符号化に必要な重要な機能を組み合わせて、高いペア生成率、一光子純度、エンタングルメントの忠実さを保っている。
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