論文の概要: Self-Aligned Heterogeneous Quantum Photonic Integration

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.14552v1
• Date: Wed, 21 Jan 2026 00:24:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-22 21:27:50.190338
• Title: Self-Aligned Heterogeneous Quantum Photonic Integration
• Title（参考訳）: 自己配向不均一量子フォトニック集積
• Authors: Kinfung Ngan, Yeeun Choi, Chun-Chieh Chang, Dongyeon Daniel Kang, Shuo Sun,
• Abstract要約: 統合量子フォトニクスは、スケーラブルなフォトニック量子情報処理、量子リピータ、量子ネットワークに対して大きな約束を持っている。 ここでは, 界面におけるニアユニティカップリング効率を決定的に達成できる, 自己整合不均一な量子フォトニック積分法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.266158456096049
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Integrated quantum photonics holds significant promise for scalable photonic quantum information processing, quantum repeaters, and quantum networks, but its development is hindered by the mismatch between materials hosting high-quality quantum emitters and those compatible with mature photonic technologies. Heterogeneous integration offers a potential solution to this challenge, yet practical implementations have been limited by inevitable insertion losses at material interfaces. Here, we present a self-aligned heterogeneous quantum photonic integration approach that can deterministically achieve near-unity coupling efficiency at the interface. To showcase our approach, we demonstrate Purcell enhancement of a silicon vacancy (SiV) center in diamond induced by a heterogeneous photonic crystal cavity defined by titanium dioxide (TiO2), as well as optical spin control and readout via a TiO2 photonic circuit. We further show that, when combined with inverse photonic design, our approach enables efficient and broadband collection of single photons from a color center into a heterogeneous waveguide. Our approach is not restricted to SiV centers or TiO2; it can be broadly applied to integrate diverse solid-state quantum emitters with thin-film photonic devices where conformal deposition is possible. Together, these results establish a practical route to scalable quantum photonic integrated circuits that combine high-quality quantum emitters with technologically mature photonic platforms.
• Abstract（参考訳）: 集積量子フォトニクスは、スケーラブルなフォトニック量子情報処理、量子リピータ、量子ネットワークに対して大きな期待を持っているが、その開発は高品質な量子エミッタをホストする材料と、成熟したフォトニック技術とのミスマッチによって妨げられている。 不均一な統合は、この課題に対する潜在的な解決策を提供するが、物質界面における必然的な挿入損失によって、実用的な実装は制限されてきた。 ここでは, 界面におけるニアユニティカップリング効率を決定的に達成できる, 自己整合不均一な量子フォトニック積分法を提案する。 本研究では,酸化チタン(TiO2)で定義された不均一フォトニック結晶キャビティにより誘起されるダイヤモンド中のシリコン空孔(SiV)中心のパーセル向上と光スピン制御とTiO2フォトニック回路による読み出しを実証する。 さらに,逆フォトニック設計と組み合わせることで,カラーセンタから異種導波路への単一光子の効率とブロードバンド収集が可能となることを示す。 我々のアプローチはSiVセンタやTiO2に限らず、多種多様な固体量子エミッタとコンフォメーションデポジションが可能な薄膜フォトニックデバイスを統合するために広く適用することができる。 これらの結果は、高品質な量子エミッタと技術的に成熟したフォトニックプラットフォームを組み合わせた、スケーラブルな量子フォトニック集積回路への実用的な経路を確立する。

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