論文の概要: High-Performance Heterodyne Receiver for Quantum Information Processing in a Laser Written Integrated Photonic Platform

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.08924v1
• Date: Tue, 10 Jun 2025 15:49:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-11 15:11:42.767515
• Title: High-Performance Heterodyne Receiver for Quantum Information Processing in a Laser Written Integrated Photonic Platform
• Title（参考訳）: レーザ複合フォトニックプラットフォームにおける量子情報処理のための高性能ヘテロダイン受信装置
• Authors: Andrea Peri, Giulio Gualandi, Tommaso Bertapelle, Mattia Sabatini, Giacomo Corrielli, Yoann Piétri, Davide Giacomo Marangon, Giuseppe Vallone, Paolo Villoresi, Roberto Osellame, Marco Avesani,
• Abstract要約: 本研究では、フォトニック集積回路(PIC)の新規プラットフォームとして、ホウケイ酸ガラス上にフェムトレーザーマイクロマイニング(FLM)を導入する。 CV-QKD と CV-QRNG アプリケーション用に設計された PIC を作成するために,FLM の特徴を利用する。 この結果は、FLM技術が光通信プラットフォームに統合される可能性を強調し、スケーラブルで高性能な量子通信システムを実現するための道を開くものである。
• 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: Continuous-Variable Quantum Key Distribution (CV-QKD) and Quantum Random Number Generation (CV-QRNG) are critical technologies for secure communication and high-speed randomness generation, exploiting shot-noise-limited coherent detection for their operation. Integrated photonic solutions are key to advancing these protocols, as they enable compact, scalable, and efficient system implementations. In this work, we introduce Femtosecond Laser Micromachining (FLM) on borosilicate glass as a novel platform for producing Photonic Integrated Circuits (PICs) realizing coherent detection suitable for quantum information processing. We exploit the specific features of FLM to produce a PIC designed for CV-QKD and CV-QRNG applications. The PIC features fully adjustable optical components that achieve precise calibration and reliable operation under protocol-defined conditions. The device exhibits low insertion losses ($\leq 1.28$ dB), polarization-insensitive operation, and a Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) exceeding 73 dB. These characteristics allowed the experimental realization of a source-device-independent CV-QRNG with a secure generation rate of 42.74 Gbps and a QPSK-based CV-QKD system achieving a secret key rate of 3.2 Mbit/s. Our results highlight the potential of FLM technology as an integrated photonic platform, paving the way for scalable and high-performing quantum communication systems.
• Abstract（参考訳）: 連続可変量子鍵分布 (CV-QKD) と量子乱数生成 (CV-QRNG) はセキュアな通信と高速ランダムネス生成のための重要な技術であり、その動作にショットノイズ制限コヒーレント検出を利用する。 統合フォトニックソリューションは、コンパクトでスケーラブルで効率的なシステム実装を可能にするため、これらのプロトコルを進化させる鍵となる。 本研究では,フォトニック集積回路(PIC)を製造するための新しいプラットフォームとして,ボロシリケートガラス上にフェムト秒レーザーマイクロマイニング(FLM)を導入し,量子情報処理に適したコヒーレント検出を実現する。 CV-QKD と CV-QRNG アプリケーション用に設計された PIC を作成するために,FLM の特徴を利用する。 PICは、プロトコル定義条件下で正確な校正と信頼性の高い操作を実現する、完全に調整可能な光学部品を備えている。 この装置は低挿入損失(\leq 1.28$ dB)、偏光無感な動作、コモンモード・リジェクション比(CMRR)が73dBを超える。 これらの特性により、ソースデバイス非依存のCV-QRNGが42.74Gbps、QPSKベースのCV-QKDシステムが秘密鍵レート3.2Mbit/sを実現した。 この結果は、FLM技術が光通信プラットフォームに統合される可能性を強調し、スケーラブルで高性能な量子通信システムを実現するための道を開くものである。

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