論文の概要: Two-photon Interference of Biphotons Emitted by Overlapping Resonances in Metasurfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.11850v1
• Date: Tue, 21 Jan 2025 03:07:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-22 14:20:34.094362
• Title: Two-photon Interference of Biphotons Emitted by Overlapping Resonances in Metasurfaces
• Title（参考訳）: 重畳共振による二光子の2光子干渉
• Authors: Jiho Noh, Tomás Santiago-Cruz, Chloe F. Doiron, Hyunseung Jung, Jaeyeon Yu, Sadhvikas J. Addamane, Maria V. Chekhova, Igal Brener,
• Abstract要約: 2光子干渉は量子状態工学の強力なツールである。 量子光メタサーフェス(QOM)は、量子光発生のための有望なプラットフォームとして出現している。 本稿では,[110]配向GaAsを用いたQOMの開発を行い,SPDC速度の最大値向上を図っている。 この効率の向上により、QOMは複数のスペクトル重なり合う光学モードからSPDCを同時に生成できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0903415485511869
• License:
• Abstract: Two-photon interference, a quantum phenomenon arising from the principle of indistinguishability, is a powerful tool for quantum state engineering and plays a fundamental role in various quantum technologies. These technologies demand robust and efficient sources of quantum light, as well as scalable, integrable and multifunctional platforms. In this regard, quantum optical metasurfaces (QOMs) are emerging as promising platforms for quantum light generation, namely biphotons via spontaneous parametric down-conversion (SPDC), and its engineering. Due to the relaxation of phase matching, SPDC in QOMs allows different channels of biphoton generation, such as those supported by overlapping resonances, to occur simultaneously. In previously reported QOMs, however, SPDC was too weak to observe such effects. Here we develop QOMs based on [110]-oriented GaAs that provide more than an order of magnitude enhancement in SPDC rate, after accounting for the spectral bandwidth, compared to any other QOMs studied to date. This boosted efficiency allows the QOMs support the simultaneous generation of SPDC from several spectrally overlapping optical modes. Using polarization components in the interferometer analyzer, we intentionally erase the distinguishability between the biphotons from a high-$Q$ quasi-bound-state-in-the-continuum resonance and a low-$Q$ Mie resonance, which results in the first-time observation of two-photon interference in the spectral domain in these types of devices. This quantum interference can considerably enrich the generation of entangled photons in metasurfaces. Their advanced multifunctionality, improved nonlinear response, ease of fabrication and compact footprint of [110]-GaAs QOMs position them as promising platforms to fulfill the requirements for photonic quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 2光子干渉は、区別不可能性の原理から生じる量子現象であり、量子状態工学の強力なツールであり、様々な量子技術において基本的な役割を果たす。 これらの技術は、スケーラブルで統合可能で多機能なプラットフォームと同様に、堅牢で効率的な量子光源を必要とする。 この点において、量子光学メタサーフェス(QOM)は、量子光発生のための有望なプラットフォームとして現れており、すなわち、自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)による双光子とその工学である。 位相整合の緩和により、QOMsにおけるSPDCは、重なり合う共鳴によって支えられるようなバイフォトン生成の異なるチャネルを同時に発生させることができる。 しかし、以前報告されたQOMでは、SPDCはそのような効果を観測するには弱かった。 ここでは,帯域幅を考慮に入れた後にSPDCレートを1桁以上向上させる[110]指向GaAsをベースとしたQOMを,これまでに研究した他のQOMと比較して開発する。 この効率の向上により、QOMは複数のスペクトル重なり合う光学モードからSPDCを同時に生成できる。 干渉計解析器の偏光成分を用いて、高Q$準バウンド状態-連続共振器と低Q$ミエ共振器との区別性を意図的に消去し、これらの装置のスペクトル領域における2光子干渉を初めて観測する。 この量子干渉は、準曲面における絡み合った光子の発生を著しく高めることができる。 それらの高度な多機能性、非線形応答の改善、製造の容易さ、および[110]-GaAs QOMsのコンパクトなフットプリントは、フォトニック量子技術の要件を満たすための有望なプラットフォームとして位置づけている。

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