論文の概要: A scalable near-visible integrated photon-pair source for satellite quantum science
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.13617v1
- Date: Tue, 20 Jan 2026 05:35:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-21 22:47:23.17227
- Title: A scalable near-visible integrated photon-pair source for satellite quantum science
- Title（参考訳）: 衛星量子科学のためのスケーラブルな近視光子対統合光源
- Authors: Yi-Han Luo, Yuan Chen, Ruiyang Chen, Zeying Zhong, Sicheng Zeng, Baoqi Shi, Sanli Huang, Chen Shen, Hui-Nan Wu, Yuan Cao, Junqiu Liu,
- Abstract要約: 統合フォトニクスはスケーラブルなソリューションを提供するが、重要なスペクトルギャップは持続する。
広帯域超低損失窒化ケイ素マイクロ共振器を用いた近視光子対光源を試作した。
このソースは、日光量子通信と軌道上のマルチ光子干渉を必要とするプロトコルのための飛行可能なハードウェア基盤を構成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.832266241463694
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum state distribution over vast distances is essential for global-scale quantum networks and fundamental test of quantum physics at space scale. While satellite platforms have demonstrated thousand-kilometer entanglement distribution, quantum key distribution and quantum teleportation with ground, future constellations and deep-space missions demand photon sources that are robust, compact, and power-efficient. Integrated photonics offers a scalable solution, yet a critical spectral gap persists. Although telecom-band integrated photon-pair sources are well established, near-visible photons offer distinct advantages for satellite-to-ground links by mitigating diffraction loss and maximizing the collection efficiency of optical telescopes. Scalable integrated sources in this regime have remained elusive due to the fundamental challenge of achieving anomalous dispersion in materials transparent at visible wavelengths. Here we bridge this gap by demonstrating an integrated near-visible photon-pair source based on a wide-bandgap, ultralow-loss, silicon nitride (Si$_3$N$_4$) microresonator. By engineering the dispersion of higher-order waveguide modes, we overcome the intrinsic normal dispersion limit to achieve efficient phase matching. The device exhibits a spectral brightness of 4.87$\times$10$^7$ pairs/s/mW$^2$/GHz and a narrow photon linewidth of 357 MHz. We report high-purity heralded single-photon generation with a heralding rate up to 2.3 MHz and a second-order correlation function as low as 0.0041. Furthermore, we observe energy-time entanglement with 98.4% interference visibility, violating the CHSH limit even at flux exceeding 40.6 million pairs/s. Combined with the proven radiation hardness of Si$_3$N$_4$, this source constitutes a flight-ready hardware foundation for daylight quantum communications and protocols requiring on-orbit multiphoton interference.
- Abstract（参考訳）: 広い距離の量子状態分布は、大域的な量子ネットワークと宇宙スケールにおける量子物理学の基礎的なテストに不可欠である。
衛星プラットフォームは、数千キロのエンタングルメント分布、量子鍵分布、地上での量子テレポーテーションを実証してきたが、将来の星座や深宇宙のミッションは、堅牢でコンパクトで電力効率のよい光子源を要求する。
統合フォトニクスはスケーラブルなソリューションを提供するが、重要なスペクトルギャップは持続する。
テレコムバンド集積光子対光源は確立されているが、近可視光子は回折損失を緩和し、光学望遠鏡の集光効率を最大化することにより、衛星間リンクに明確な利点をもたらす。
この体制におけるスケーラブルな統合源は、可視光で透明な材料において異常な分散を実現するという根本的な課題のために、いまだ解明されていない。
ここでは,広帯域,超低損失,窒化ケイ素(Si$_3$N$_4$)マイクロ共振器をベースとした近可視光子対光源の実証により,このギャップを橋渡しする。
高次導波路モードの分散をエンジニアリングすることにより、本質的な正規分散限界を克服し、効率的な位相マッチングを実現する。
スペクトル輝度は4.87$\times$10$^7$ pairs/s/mW$^2$/GHzで、光子線幅は357MHzである。
本報告では,高純度1光子生成を2.3MHz,2次相関関数0.0041で報告する。
さらに、98.4%の干渉可視性を持つエネルギー時間の絡み合いを観測し、406万対/秒を超えるフラックスでもCHSH制限を違反する。
Si$_3$N$_4$の放射硬度と組み合わせることで、この光源は日光量子通信と軌道上の多光子干渉を必要とするプロトコルのための飛行可能なハードウェア基盤を構成する。
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