論文の概要: Hybrid and scalable photonic circuit cavity quantum electrodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.04671v1
- Date: Mon, 07 Apr 2025 01:45:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-08 14:10:45.216800
- Title: Hybrid and scalable photonic circuit cavity quantum electrodynamics
- Title（参考訳）: ハイブリッドでスケーラブルなフォトニック回路空洞量子力学
- Authors: Xudong Wang, Yifan Zhu, Xiuqi Zhang, Yuanhao Qin, Bowen Chen, Yang Chen, Yongheng Huo, Jiaxiang Zhang, Xin Ou,
- Abstract要約: 我々は,チップ上に集積されたハイブリッド固体cQEDプラットフォームを提案し,実演する。
我々の装置は、半導体量子ドット(QD)と薄膜のニオブ酸リチウムマイクロリング共振器を統合している。
我々はスペクトル調整可能なハイブリッドフォトニック回路cQEDデバイスを実現し、0.03nmのスペクトル範囲で1.89のPurcell係数をほぼ一定に維持する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.881676658514966
- License:
- Abstract: Similar to superconducting circuit quantum electrodynamics (cQED), the development of a photonic analog--specifically, photonic circuit cQED--has become a major focus in integrated quantum photonics. Current solid-state cQED devices, however, face scalability challenges due to the difficulty in simultaneously spectral tuning of cavity modes and quantum emitters while ensuring in-plane optical modes confinement for efficient on-chip light routing. Here, we overcome these limitations by proposing and demonstrating a hybrid solid-state cQED platform integrated on a chip. Our device integrates semiconducting quantum dots (QDs) with a thin-film lithium niobate (TFLN) microring resonator. Leveraging TFLN's ferroelectric and electro-optic (EO) properties, we implement local spectral tuning of both waveguide-coupled QDs and cavity modes. This approach achieves a broad spectral tuning range of up to 4.82 nm for individual QDs, enabling deterministic on-chip single-photon emission with a Purcell factor of 3.52. When combined with EO cavity tuning, we realize a spectrally tunable hybrid photonic circuit cQED device, sustaining near-constant Purcell factors of 1.89 over a 0.30 nm spectral range. This achievement enables scalable on-chip cavity-enhanced single-photon sources while preserving optical properties and maintaining compatibility with advanced photonic architectures, marking a significant step toward practical implementation of large-scale chip-based quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 超伝導回路量子力学(cQED)と同様に、フォトニックアナログ、特にフォトニック回路cQEDの開発は、集積量子フォトニクスにおいて主要な焦点となっている。
しかし、現在の固体cQEDデバイスは、キャビティモードと量子エミッタのスペクトル調整を同時に行うことの難しさと、効率的なオンチップ光ルーティングのための平面光モードの閉じ込めを確保することによるスケーラビリティ上の課題に直面している。
ここでは、チップ上に統合されたハイブリッド固体cQEDプラットフォームを提案し、実証することにより、これらの制限を克服する。
半導体量子ドット(QD)と薄膜ニオブ酸リチウム(TFLN)マイクロリング共振器を統合する。
我々はTFLNの強誘電・電気光学特性を活用し、導波路結合QDとキャビティモードの両方の局所スペクトルチューニングを実装した。
このアプローチは、個々のQDに対して最大4.82nmの広いスペクトルチューニング範囲を達成し、パーセル係数が3.52のチップ上の単光子放射を決定できる。
EOキャビティチューニングと組み合わせることで、スペクトル調整可能なハイブリッドフォトニック回路cQEDデバイスを実現し、0.30nmのスペクトル範囲で1.89のPurcell係数をほぼ一定に維持する。
この成果は、光学特性を保ち、高度なフォトニックアーキテクチャとの互換性を維持しながら、スケーラブルなオンチップキャビティ強化シングル光子源を可能にし、大規模チップベースの量子ネットワークの実現に向けた重要な一歩となる。
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