論文の概要: Fully integrated quantum frequency processor on a silicon chip
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.14240v1
- Date: Sun, 15 Feb 2026 17:26:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-17 16:22:49.835841
- Title: Fully integrated quantum frequency processor on a silicon chip
- Title（参考訳）: シリコンチップ上の完全集積量子周波数プロセッサ
- Authors: Sara Congia, Leopold Virot, Elena Rovetta, Antonio Fincato, Frederic Boeuf, Matteo Galli, Daniele Bajoni, Massimo Borghi,
- Abstract要約: 我々は、シリコンフォトニックチップをモノリシックに統合した、最初の完全統合量子周波数プロセッサを報告した。
我々は、チップ上で高次元周波数ビン絡み合った状態を生成し、コヒーレントに操作する。
我々の研究は、古典的および量子的両方の大規模周波数領域フォトニックプロセッサへの重要な一歩である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Frequency-bin encoding has recently emerged as a powerful approach for photonic quantum information processing, offering high dimensionality, gate-parallelization, and compatibility with existing telecommunication infrastructure. However, its scalable deployment has so far been hindered by the lack of an integrated platform capable of unifying quantum state generation, coherent frequency mixing, and programmable spectral control.\\ Here, we report the first fully integrated quantum frequency processor, monolithically integrating on the same silicon photonic chip a microresonator-based biphoton quantum frequency comb source, a pump-rejection filter, high-speed phase modulators, and a four-channel, line-by-line pulse shaper. We demonstrate key functionalities, such as tunable frequency beamsplitters with success probabilities exceeding $94\%$ and fidelities above $99.9\%$, as well as the ability to synthesize more general single-qubit gates. Finally, we generate and coherently manipulate high-dimensional frequency-bin entangled states entirely on chip, showcasing control over two-photon quantum walks and performing the first on-chip frequency-bin quantum state tomography of a Bell-state with a fidelity of $95.7(3)\%$. By integrating all key functional elements on the same $4\times7\,\textrm{mm}^2$ chip, with the possibility of scaling to a larger number of modes, our work marks an important step toward large-scale frequency-domain photonic processors for both classical and quantum applications.
- Abstract（参考訳）: 周波数ビン符号化は、近年、光量子情報処理の強力なアプローチとして登場し、高次元性、ゲート並列化、既存の通信インフラとの互換性を提供する。
しかし、そのスケーラブルなデプロイメントは、量子状態の生成、コヒーレントな周波数混合、プログラム可能なスペクトル制御を統一できる統合プラットフォームが欠如しているために、これまで妨げられてきた。
ここでは, シリコンフォトニックチップ, マイクロ共振器をベースとした2光子量子周波数コム源, ポンプリジェクションフィルタ, 高速位相変調器, 4チャネル, ラインバイラインパルス整形器をモノリシックに統合した最初の完全集積量子周波数プロセッサについて報告する。
可変周波数ビームスプリッタが9,4 %以上の成功確率と99.9 %以上の忠実度、より一般的な単一ビットゲートを合成する能力など、重要な機能を示す。
最後に、2光子量子ウォークの制御を示し、9,5.7(3)\%の忠実度を持つベル状態の初めてのオンチップ周波数ビン量子状態トモグラフィーを実行する。
同じ4\times7\,\textrm{mm}^2$チップ上のすべての重要な機能要素を統合することで、多くのモードにスケールすることが可能となり、我々の研究は古典的および量子的両方の大規模周波数領域フォトニックプロセッサに向けた重要なステップとなる。
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