論文の概要: High fidelity CNOT gates in photonic integrated circuits using composite segmented directional couplers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.25505v1
• Date: Mon, 29 Sep 2025 21:03:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-01 14:44:59.943496
• Title: High fidelity CNOT gates in photonic integrated circuits using composite segmented directional couplers
• Title（参考訳）: 複合セグメント指向性カプラを用いたフォトニック集積回路における高忠実CNOTゲート
• Authors: Jonatan Piasetzky, Amit Rotem, Yuval Warshavsky, Yehonatan Drori, Khen Cohen, Yaron Oz, Haim Suchowski,
• Abstract要約: 我々は、一様および複合カプラの変種を用いて、完全に統合されたフォトニック制御NOT(CNOT)ゲートを設計、製造する。 合成設計は平均誤差確率を2倍近く低減し、可変性を5倍に低下させる。 これらの結果はCSDCを、スケーラブルでスケーラブルな量子フォトニクス回路のためのコンパクトで受動的でファウントリー互換なビルディングブロックとして確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0847216718640382
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Integrated photonic circuits are a promising platform for scalable quantum information processing, but their performance is often constrained by component sensitivity to fabrication imperfections. Directional couplers, which are crucial building blocks for integrated quantum logic gates, are particularly prone to such limitations, with strong dependence on geometric and spectral parameters which reduces gate fidelity. Here, we demonstrate that composite segmented directional couplers (CSDC) offer a fabrication-tolerant alternative that enhances gate fidelity without active tuning. We design and fabricate a fully integrated photonic controlled-NOT (CNOT) gate using both uniform and composite coupler variants and compare their performance via simulation, classical characterization, and quantum two-photon interference. The composite design reduces the average error probability by nearly a factor of two and decreases variability fivefold. The residual error is primarily limited by photon indistinguishability. Classical matrix reconstruction confirms improved agreement with the ideal CNOT operation. These results establish CSDCs as compact, passive, and foundry-compatible building blocks for robust scalable quantum photonic circuits.
• Abstract（参考訳）: 集積フォトニック回路はスケーラブルな量子情報処理のための有望なプラットフォームである。 量子論理ゲートの統合において重要なビルディングブロックであるディレクショナル・カプラは、特にそのような制限を受ける傾向があり、ゲートの忠実度を低下させる幾何学的パラメータやスペクトルパラメータに強く依存する。 ここでは,複合セグメント指向結合器 (CSDC) が,アクティブチューニングを伴わずにゲートの忠実度を向上する,製造耐性の代替手段を提供することを示す。 我々は、一様および複合カプラの変種を用いた完全統合フォトニック制御NOT(CNOT)ゲートの設計と製造を行い、シミュレーション、古典的キャラクタリゼーション、量子2光子干渉による性能の比較を行った。 合成設計は平均誤差確率を2倍近く減少させ、可変性を5倍に低下させる。 残留誤差は、主に光子の不識別性によって制限される。 古典的行列再構成では, 理想的なCNOT手術との整合性が改善された。 これらの結果はCSDCを、スケーラブルでスケーラブルな量子フォトニクス回路のためのコンパクトで受動的でファウントリー互換なビルディングブロックとして確立する。

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