論文の概要: Ultra-low loss piezo-optomechanical low-confinement silicon nitride platform for visible wavelength quantum photonic circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.02584v2
- Date: Wed, 04 Mar 2026 02:32:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-05 14:47:28.893412
- Title: Ultra-low loss piezo-optomechanical low-confinement silicon nitride platform for visible wavelength quantum photonic circuits
- Title（参考訳）: 可視光波長量子フォトニック回路のための極低損失圧電オプトメカニカル低密度窒化ケイ素プラットフォーム
- Authors: Mayank Mishra, Gwangho Choi, Wenhua He, Gina M. Talcott, Katherine Kearney, Michael Gehl, Andrew Leenheer, Daniel Dominguez, Nils T. Otterstrom, Matt Eichenfield,
- Abstract要約: 量子コンピューティングプロトコルは、超低損失で低密度の窒化ケイ素導波路を必要とする。
ここでは, 圧電オプトアクチュエータと低信頼, 超低損失窒化ケイ素プラットフォームを組み合わせることで, スケーラビリティの課題に対処できることを実証する。
このプラットフォームは、780mathrmnmdot$$mathrmdot$mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmの伝搬損失0.026mathrmdB/cmを達成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3546195290309093
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The stringent demands of photonic quantum computing protocols motivate photonic integrated circuit (PIC) platforms with passive optical properties such as extremely low losses and correspondingly large circuit depths, as well as active optical properties such as high reconfiguration rates, low power dissipation, and minimal crosstalk. At the same time, many quantum photonic resource state generators, such as single-photon sources and quantum memories, require operation in the visible wavelength range. These requirements make the passive optical properties of CMOS-fabricated, ultralow-loss, low-confinement silicon nitride waveguides especially attractive. However, the conventional active properties of these systems based on thermo-optic modulation are plagued by high levels of crosstalk, slow modulation rates, and high power dissipation. Although there have been recent demonstrations of CMOS-fabricated, visible wavelength, piezo-optomechanical PICs that solve the above challenges associated with implementing active functionality, these have made use of high-confinement waveguides with currently demonstrated losses of order $0.3$-$1~\mathrm{dB/cm}$, precluding circuit depths required for scalable quantum algorithms. Here, we demonstrate that combining piezo-optomechanical actuation with a low-confinement, ultra-low loss silicon nitride platform addresses the scalability challenge while enabling high-performance active functionality at visible wavelengths. This platform achieves a propagation loss $0.026~\mathrm{dB/cm}$ at $780~\mathrm{nm}$, modulation bandwidths in the MHz range, and a phase shifter voltage-length product ($V_πL$) of approximately $2.8~\mathrm{\mathrm{V}\cdot\mathrm{m}}$ and negligible hysteresis. We further demonstrate reconfigurable Mach-Zehnder interferometers based on spiral phase shifters with 0.63 dB loss per phase shifter.
- Abstract（参考訳）: フォトニック量子コンピューティングプロトコルの厳密な要求は、光ニック集積回路(PIC)プラットフォームに極低損失やそれに対応する大きな回路深さなどの受動光学特性を動機付け、また、高い再構成率、低消費電力、最小クロストークといった能動光学特性を動機付けている。
同時に、単一光子源や量子メモリのような多くの量子フォトニックリソース状態発生器は可視波長範囲での操作を必要とする。
これらの要求により、CMOSファブリケード、超低損失、低密度窒化ケイ素導波路の受動光学特性は特に魅力的である。
しかし、熱光学変調に基づくこれらの系の従来の能動特性は、高いクロストークレベル、遅い変調速度、高電力散逸に悩まされている。
近年、CMOSファブリケート、可視波長、ピエゾオプトメカニカルPICのデモがあり、アクティブ機能の実装に伴う上記の課題を解決しているが、これらのデモでは、スケーラブルな量子アルゴリズムに必要な回路深度を前もって、現在、$0.3$-$1~\mathrm{dB/cm}$の損失が示されている高密度導波路が使用されている。
ここでは、ピエゾ-オプトメカニカルアクチュエータと低密度極低損失窒化ケイ素プラットフォームを組み合わせることで、可視波長での高性能能動機能を実現しつつ、スケーラビリティの課題に対処できることを実証する。
このプラットフォームは、伝搬損失$0.026~\mathrm{dB/cm}$780〜\mathrm{nm}$、MHz範囲の変調帯域幅、約2.8〜\mathrm {\mathrm{V}\cdot\mathrm{m}}$、無視可能なヒステリシスの位相シフト器電圧長積(V_πL$)を達成する。
さらに、位相シフト器毎に0.63dBの損失を有するスパイラル位相シフト器をベースとした再構成可能なマッハ・ツェンダー干渉計を実証する。
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