論文の概要: Bidirectional microwave-optical conversion with an integrated soft-ferroelectric barium titanate transducer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.09728v2
- Date: Sun, 26 Jan 2025 16:46:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-28 13:50:00.364430
- Title: Bidirectional microwave-optical conversion with an integrated soft-ferroelectric barium titanate transducer
- Title（参考訳）: 軟強誘電体バリウムチタン酸トランスデューサを用いた双方向マイクロ波光変換
- Authors: Charles Möhl, Annina Riedhauser, Max Glantschnig, Daniele Caimi, Ute Drechsler, Antonis Olziersky, Deividas Sabonis, David I. Indolese, Thomas M. Karg, Paul Seidler,
- Abstract要約: 光とマイクロ波の光子間の効率よく、低ノイズで、高帯域幅の伝送は、長距離量子通信の鍵となる。
AlNまたはLiNbO$_3$の光学薄膜におけるブロードバンド直接電気光学効果を用いたマイクロ波光伝送の最近の実証は有望である。
効率の向上とノイズの追加には、ソフトな強誘電体BaTiO$_3$やSrTiO_3$などのポッケル係数の大きい材料が必要である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Efficient, low-noise, and high-bandwidth transduction between optical and microwave photons is key to long-range quantum communication between distant superconducting quantum processors. Recent demonstrations of microwave-optical transduction using the broadband direct electro-optic (Pockels) effect in optical thin films made of AlN or LiNbO$_3$ have shown promise. To improve efficiency and added noise, materials with larger Pockels coefficients, such as the soft ferroelectrics BaTiO$_3$ or SrTiO$_3$, are required. However, these materials require adapted designs and fabrication approaches due to their nonlinear and, in some cases, hysteretic electro-optic response. Here, we engineer an on-chip, triply resonant transducer comprising low-loss BaTiO$_3$-on-SiO$_2$ waveguides monolithically integrated with a superconducting microwave resonator made of Nb. We demonstrate bidirectional microwave-optical transduction and reach total off-chip efficiencies of $1\times10^{-6}$ using pulsed pumping. Our novel device concept permits in-situ poling of the ferroelectric material without introducing excess microwave loss, using a fully subtractive fabrication process with superconducting air bridges. In addition, we investigate optically induced heating, revealing fast thermalization and quasiparticle resilience of the microwave resonator. Our transducer concept and fabrication process are applicable to other materials with a large bias-induced Pockels effect and pave the way for efficient, low-power quantum interconnects.
- Abstract（参考訳）: 光とマイクロ波の光子間の効率よく、低ノイズで、高帯域幅の伝送は、遠方の超伝導量子プロセッサ間の長距離量子通信の鍵となる。
AlNまたはLiNbO$_3$の光学薄膜におけるブロードバンド直接電気光学効果を用いたマイクロ波光伝送の最近の実証は有望である。
効率の向上とノイズの追加には, ソフト強誘電体BaTiO$_3$やSrTiO$_3$などのポッケル係数の大きい材料が必要である。
しかしながら、これらの材料は、非線形であり、場合によってはヒステリックな電気光学応答のために、適応的な設計と製造のアプローチを必要とする。
そこで我々は低損失BaTiO$_3$-on-SiO$_2$導波路をNbを用いた超伝導マイクロ波共振器とモノリシックに統合したオンチップ三重共振トランスデューサを開発した。
我々は、パルスポンピングを用いて、双方向マイクロ波光伝送を実演し、チップオフ効率を1/times10^{-6}$に到達した。
我々の新しいデバイスコンセプトは、超伝導空気ブリッジを用いた全減圧加工法を用いて、余剰マイクロ波損失を伴わずに強誘電体材料をその場でポーリングすることを可能にした。
さらに,マイクロ波共振器の高速熱化と準粒子レジリエンスを明らかにし,光誘起加熱について検討した。
我々のトランスデューサの概念と製造プロセスは、大きなバイアスによって引き起こされるポッケル効果を持つ他の材料に適用でき、効率的で低消費電力の量子配線の道を開くことができる。
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