論文の概要: High-performance quantum frequency conversion using programmable unpoled nanophotonic waveguides

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.16696v1
• Date: Sun, 19 Oct 2025 03:31:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:39.098536
• Title: High-performance quantum frequency conversion using programmable unpoled nanophotonic waveguides
• Title（参考訳）: プログラム可能な非ポーリングナノフォトニック導波路を用いた高速量子周波数変換
• Authors: Jierui Hu, Hao Yuan, Joshua Akin, A. K. M. Naziul Haque, Yunlei Zhao, Kejie Fang,
• Abstract要約: ガリウムホスフィンヒド(InGaP)$chi(2)$ナノフォトニック導波路を用いて, テレコム(1550-nm)と可視(780-nm)バンド間の効率, 低ノイズ, 双方向QFCを実証した。 単一光子レベルよりかなり低いノイズを付加することにより、我々のプラットフォームは入力光子の量子コヒーレンスと絡み合いを保っている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.35543035500223
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum frequency conversion (QFC) is essential for interfacing quantum systems operating at different wavelengths and for realizing scalable quantum networks. Despite extensive progress, achieving QFC with simultaneous high efficiency, low pump power, minimal added noise, broad bandwidth, and pump-wavelength flexibility remains a major challenge. Here, we demonstrate efficient, low-noise, and bidirectional QFC between the telecom (1550-nm) and visible (780-nm) bands using unpoled indium gallium phosphide (InGaP) $\chi^{(2)}$ nanophotonic waveguides, eliminating the need for a long-wavelength pump. Leveraging the large nonlinear susceptibility of InGaP together with programmable modal-phase-matching control, we obtain record-low pump power (20 mW) -- an order of magnitude lower than that in previous demonstrations using integrated thin-film waveguides -- with record-high loss-inclusive normalized conversion efficiency among non-resonant QFC implementations. With added noise well below the single-photon level, our platform preserves the quantum coherence and entanglement of the input photons. These results mark a significant advance in integrated nonlinear photonics for high-performance QFC, facilitating the development of versatile and scalable quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 量子周波数変換(QFC)は、異なる波長で動作する量子システムとスケーラブルな量子ネットワークの実現に不可欠である。 広範な進歩にもかかわらず、QFCを同時に高効率、低ポンプ出力、最小限のノイズ、広帯域幅、ポンプ波長の柔軟性で達成することは大きな課題である。 InGaP)$\chi^{(2)}$ ナノフォトニック導波路を用いて,テレコム(1550nm)と可視(780nm)バンド間の効率,低雑音,双方向QFCを実証し,長波長ポンプの必要性を排除した。 InGaPの大規模な非線形感受性とプログラム可能なモード位相マッチング制御を併用して、非共振QFC実装間の損失-非負の正規化変換効率を持つ、集積薄膜導波路を用いた以前のデモよりも桁違いに低い記録-低ポンプパワー(20mW)を得る。 単一光子レベルよりかなり低いノイズを付加することにより、我々のプラットフォームは入力光子の量子コヒーレンスと絡み合いを保っている。 これらの結果は、高性能QFCのための集積非線形フォトニクスの大きな進歩であり、多用途でスケーラブルな量子ネットワークの開発を促進する。

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