論文の概要: On-Chip Generation of Co-Polarized and Spectrally Separable Photon Pairs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.13740v1
- Date: Tue, 20 Jan 2026 08:54:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-21 22:47:23.233083
- Title: On-Chip Generation of Co-Polarized and Spectrally Separable Photon Pairs
- Title（参考訳）: 共重合および分光分離光子対のオンチップ生成
- Authors: Xiaojie Wang, Lin Zhou, Yue Li, Sakthi Sanjeev Mohanraj, Xiaodong Shi, Zhuoyang Yu, Ran Yang, Xu Chen, Guangxing Wu, Hao Hao, Sihao Wang, Veerendra Dhyani, Di Zhu,
- Abstract要約: 薄膜ニオブ酸リチウムナノフォトニック回路においてスペクトル分離可能な光子対を生成するための新しい手法を示す。
このアプローチは、量子コンピューティングと量子ネットワークのためのオンチップ量子光源のフレキシブルスペクトルおよび時間工学を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.642830000508095
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: On-chip generation of high-purity single photons is essential for scalable photonic quantum technologies. Spontaneous parametric down-conversion (SPDC) is widely used to generate photon pairs for heralded single-photon sources, but intrinsic spectral correlations of the pairs often limit the purity and interference visibility of the heralded photons. Existing approaches to suppress these correlations rely on narrowband spectral filtering, which introduces loss, or exploiting different polarizations, which complicates on-chip integration. Here, we demonstrate a new strategy for generating spectrally separable photon pairs in thin-film lithium niobate nanophotonic circuits by harnessing higher-order spatial modes, with all interacting fields residing in the same polarization. Spectral separability is achieved by engineering group-velocity matching using higher-order transverse-electric modes, combined with a Gaussian-apodized poling profile to further suppress residual correlations inherent to standard periodic poling. Subsequent on-chip mode conversion with efficiency exceeding 95\% maps the higher-order mode to the fundamental mode and routes the photons into distinct output channels. The resulting heralded photons exhibit spectral purities exceeding 94\% inferred from joint-spectral intensity and 89\% from unheralded $g^{(2)}$ measurement. This approach enables flexible spectral and temporal engineering of on-chip quantum light sources for quantum computing and quantum networking.
- Abstract（参考訳）: 高純度単一光子のオンチップ生成は、スケーラブルなフォトニック量子技術に不可欠である。
自然パラメトリックダウンコンバージョン (SPDC) は、一光子源の光子対を生成するために広く用いられているが、本質的なスペクトル相関は、しばしば有色光子の純度と干渉可視性を制限している。
これらの相関を抑えるための既存のアプローチは、損失をもたらす狭帯域スペクトルフィルタリングや、チップ上の積分を複雑にする異なる偏極を利用する。
ここでは、高次空間モードを利用して、薄膜のニオブ酸リチウムナノフォトニック回路においてスペクトル分離可能な光子対を生成する新しい方法を示す。
スペクトル分離性は、高次横電モードを用いた工学グループ速度マッチングと、標準周期ポーリングに固有の残留相関をさらに抑制するためにガウス型ポロリングプロファイルを組み合わせることで達成される。
その後、効率が95\%を超えるオンチップモード変換は、高次モードを基本モードにマッピングし、光子を異なる出力チャネルにルーティングする。
得られた隠蔽光子は、結合スペクトル強度から推定される99%以上のスペクトル純度と、非隠蔽$g^{(2)}$測定から推定される99%を超えるスペクトル純度を示す。
このアプローチは、量子コンピューティングと量子ネットワークのためのオンチップ量子光源のフレキシブルスペクトルおよび時間工学を可能にする。
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