論文の概要: An integrated photonics platform for high-speed, ultrahigh-extinction, many-channel quantum control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.09920v1
• Date: Wed, 13 Aug 2025 16:15:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-14 20:42:00.957083
• Title: An integrated photonics platform for high-speed, ultrahigh-extinction, many-channel quantum control
• Title（参考訳）: 超高速多チャネル量子制御のための集積フォトニクスプラットフォーム
• Authors: Mengdi Zhao, Manuj Singh, Anshuman Singh, Henry Thoreen, Robert J. DeAngelo, Daniel Dominguez, Andrew Leenheer, Frédéric Peyskens, Alexander Lukin, Dirk Englund, Matt Eichenfield, Nathan Gemelke, Noel H. Wan,
• Abstract要約: フォトニック集積回路(PIC)は、潜在的にスケーラブルなソリューションを提供する。 PICは高速・高圧変調、強いチャネル間分離、広波長互換性を必要とする。 Rubidium-87中性原子量子コンピュータのために設計されたこの8チャネルのPICは、200mmのウェハプロセスで作られ、性能指標の高度な組み合わせを実証している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.5681346542161
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High-fidelity control of the thousands to millions of programmable qubits needed for utility-scale quantum computers presents a formidable challenge for control systems. In leading atomic systems, control is optical: UV-NIR beams must be fanned out over numerous spatial channels and modulated to implement gates. While photonic integrated circuits (PICs) offer a potentially scalable solution, they also need to simultaneously feature high-speed and high-extinction modulation, strong inter-channel isolation, and broad wavelength compatibility. Here, we introduce and experimentally validate a foundry-fabricated PIC platform that overcomes these limitations. Designed for Rubidium-87 neutral atom quantum computers, our 8-channel PICs, fabricated on a 200-mm wafer process, demonstrate an advanced combination of performance metrics. At the 795 nm single-qubit gate wavelength, we achieve a mean extinction ratio (ER) of 71.4 $\pm$ 1.1 dB, nearest-neighbor on-chip crosstalk of -68.0 $\pm$ 1.0 dB, and -50.8 $\pm$ 0.2 dB after parallel beam delivery in free-space. This high-performance operation extends to the 420 nm and 1013 nm wavelengths for two-qubit Rydberg gates, showing ERs of 42.4 dB (detector-limited) and 61.5 dB, respectively. The devices exhibit 10-90% rise times of 26 $\pm$ 7 ns, achieve dynamic switching to -60 dB levels within microsecond timescales, and show pulse stability errors at the $10^{-3}$ level. This work establishes a scalable platform for developing advanced large-scale optical control required in fault-tolerant quantum computers and other precision technologies.
• Abstract（参考訳）: ユーティリティスケールの量子コンピュータに必要な数千から数百万のプログラム可能な量子ビットの高忠実性制御は、制御システムにとって非常に難しい課題である。 主要な原子系では、制御は光学的であり、UV-NIRビームは多数の空間チャネル上でファンニングされ、ゲートを実装するように変調されなければならない。 フォトニック集積回路(PIC)は、潜在的にスケーラブルなソリューションを提供するが、同時に高速かつ高出力変調、強いチャネル間分離、広波長互換性を備える必要がある。 本稿では,これらの制約を克服するファウンデーリファブリケート型PICプラットフォームを紹介し,実験的に検証する。 Rubidium-87中性原子量子コンピュータのために設計されたこの8チャネルのPICは、200mmのウェハプロセスで作られ、性能指標の高度な組み合わせを実証している。 795nm単一量子ゲート波長では、71.4$\pm$ 1.1 dBの平均消滅率(ER)、-68.0$\pm$1.0 dBの隣りのオンチップクロストーク、自由空間における平行ビーム伝送後の-50.8$\pm$0.2 dBを達成する。 この高性能な動作は、2量子Rydbergゲートの420nmと1013nmの波長に拡張され、それぞれ42.4dB (detector-limited) と61.5dBのERを示す。 デバイスは、26$\pm$ 7 nsの10-90%の上昇時間を示し、マイクロ秒のタイムスケールで-60dBレベルに動的に切り替え、パルス安定性エラーを10^{-3}$レベルに表示する。 この研究は、フォールトトレラント量子コンピュータや他の精度技術に必要な高度な大規模光学制御を開発するためのスケーラブルなプラットフォームを確立する。

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