論文の概要: Electrically Reconfigurable NbOCl$_2$ Metasurface for Quantum Technologies
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.03341v1
- Date: Tue, 06 May 2025 09:11:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-07 18:50:11.299984
- Title: Electrically Reconfigurable NbOCl$_2$ Metasurface for Quantum Technologies
- Title(参考訳): 電気的再構成可能なNbOCl$_2$準曲面の量子技術への応用
- Authors: Omar A. M. Abdelraouf,
- Abstract要約: 絡み合った光子対光源は、セキュアな通信、量子センシング、イメージングを含む量子技術の進歩の基礎となっている。
本稿では,ナノ構造を持つNbOCl$$クリスタルを用いた電気的絡み合った光子対光源について述べる。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Entangled photon-pair sources are foundational to advancing quantum technologies, including secure communication, quantum sensing, and imaging. For deployment in space-constrained environments such as satellite-based quantum networks or portable devices, compact, reconfigurable, and efficient entanglement sources are essential. Here, we present an electrically tunable entangled photon-pair source utilizing a nanostructured NbOCl$_2$ crystal, engineered for operation in the telecommunication C-band. The inherent non-centrosymmetric lattice symmetry of NbOCl$_2$ enables direct generation of polarization-entangled Bell states without the need for post-selection, leveraging its exceptional second-order nonlinear susceptibility, which surpasses conventional nonlinear materials. By nanopatterning NbOCl$_2$ into a high-quality-factor metasurface, we achieve three orders of magnitude enhancement in photon-pair generation efficiency via resonant excitation of bound states in the continuum resonance, which intensify light-matter interactions. Furthermore, we demonstrate in situ electrical tunability of the photon-pair emission wavelength over a 250 nm range from 1450 nm to 1700 nm by dynamically modulating surrounding liquid crystal layer. Remarkably, the decoupling of photon-pair generation rate and spectral tunability ensures high brightness, above 10,000 coincidences, under active tuning. The air stability and mechanical robustness of NbOCl$_2$ further enhance its practicality for real-world deployment. This work establishes NbOCl$_2$ as a superior material for scalable, on-chip quantum light sources, paving the way for integrated quantum communication systems, adaptive sensors, and portable quantum devices.
- Abstract(参考訳): 絡み合った光子対光源は、セキュアな通信、量子センシング、イメージングを含む量子技術の進歩の基礎となっている。
衛星ベースの量子ネットワークやポータブルデバイスのような空間制約のある環境への展開には、コンパクトで再構成可能で効率的な絡み合い源が不可欠である。
ここでは, ナノ構造NbOCl$_2$結晶を用いた電気調節可能な光子対光源について述べる。
NbOCl$_2$ の固有の非セントロ対称性の対称性は、偏光絡み合うベル状態の直接生成をポストセレクションなしで可能とし、従来の非線形材料を超越した2階非線形感受性を利用する。
NbOCl$_2$のナノパターン化により,光物質相互作用を増強する連続体共鳴における境界状態の共振励起により,光子対生成効率の3次向上を実現する。
さらに、周囲の液晶層を動的に変調することにより、250nmから1450nmから1700nmの範囲での光子対放出波長の電気的チューニング性を示す。
顕著なことに、光子対生成率とスペクトルのチューニング性の分離は、アクティブなチューニングの下で1万回の偶然を超える高い明るさを保証します。
NbOCl$_2$の空気安定性と機械的堅牢性は、実世界の展開における実用性をさらに高めている。
この研究はNbOCl$_2$をスケーラブルでオンチップの量子光源の優れた材料として確立し、量子通信システム、適応センサー、ポータブル量子デバイスへの道を開いた。
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