論文の概要: An ultralow-loss integrated photonic platform for discrete-variable quantum information processing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.26910v1
- Date: Thu, 25 Jun 2026 11:45:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-26 18:46:32.259852
- Title: An ultralow-loss integrated photonic platform for discrete-variable quantum information processing
- Title（参考訳）: 離散可変量子情報処理のための超低損失集積フォトニックプラットフォーム
- Abstract要約: フォトニック集積回路は、スケーラブルで堅牢な量子情報技術への経路を提供する。
高性能な離散可変量子情報処理のために, モノリシックで超低損失な窒化ケイ素プラットフォームを試作した。
結果は、極低損失Si$_3$N$_4$集積フォトニクスを、大規模で展開可能な量子情報プロセッサのための決定的かつ製造可能なプラットフォームとして確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.30110135743454
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Photonic integrated circuits offer a scalable and robust route toward quantum information technologies by consolidating photon sources and linear optical networks onto compact, wafer-manufacturable chips. Although silicon photonics has enabled diverse discrete-variable quantum breakthroughs -- spanning multiphoton entanglement, quantum networking, and photonic qubit fusion for quantum computing -- scaling these platforms beyond proof-of-principle demonstrations remains severely constrained by a critical system-level bottleneck. Optical loss compounds rapidly across photon generation, routing, and state analysis, causing multiphoton generation probabilities to plummet exponentially as circuit depth and complexity grow. Here we overcome this rate-loss barrier by demonstrating a monolithic, ultralow-loss silicon nitride (Si$_3$N$_4$) integrated photonic platform engineered for high-performance discrete-variable quantum information processing. Our architecture seamlessly integrates narrowband photon-pair sources with low-loss qubit-fusion circuits and reconfigurable state-analysis interferometers. The on-chip sources prepare Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) states with a fidelity of 0.9875(3) and exhibit near-unity photon indistinguishability, yielding a heralded Hong-Ou-Mandel interference visibility of 0.990(6). By executing on-chip fusion of two EPR states, we synthesize and characterize four-photon Greenberger-Horne-Zeilinger states with a record fidelity of 0.943(8) and a fourfold count rate of 27 Hz -- more than two orders of magnitude higher than previous silicon-photonic implementations. Combined with standard CMOS-compatible fabrication on 150-mm-diameter wafers, these results establish ultralow-loss Si$_3$N$_4$ integrated photonics as a definitive, manufacturable platform for deployable, large-scale quantum information processors.
- Abstract（参考訳）: フォトニック集積回路は、光子源と線形光ネットワークをコンパクトでウエハ製造可能なチップに集約することにより、スケーラブルで堅牢な量子情報技術への経路を提供する。
シリコンフォトニクスは、多光子エンタングルメント、量子ネットワーキング、および量子コンピューティングのためのフォトニック量子ビット融合にまたがる、多様な離散可変量子ブレークスルーを可能にしてきたが、これらのプラットフォームを実証・実証以上のスケールは、重要なシステムレベルのボトルネックによって厳しい制約を受け続けている。
光損失化合物は光子生成、ルーティング、状態解析を迅速に行い、回路の深さと複雑さが増加するにつれて、多光子生成の確率が指数関数的に低下する。
ここでは, 高速離散可変量子情報処理のために開発された窒化ケイ素(Si$_3$N$_4$)集積フォトニックプラットフォームを, モノリシックで超低損失な窒化ケイ素(Si$_3$N$_4$)で示すことにより, この速度損失障壁を克服する。
我々のアーキテクチャは、狭帯域光子対光源を低損失量子融合回路と再構成可能な状態解析干渉計とシームレスに統合する。
オンチップ源は、アインシュタイン-ポドルスキー-ローゼン状態(EPR)を0.9875(3)の忠実度で生成し、ほぼ均一な光子の不明瞭さを示す。
2つのEPR状態のオンチップ融合を実行することにより、4光子のグリーンベルガー・ホーネ・ザイリンガー状態が0.943(8)、27Hzの4倍の数値が以前のシリコン-フォトニック実装よりも2桁高い値で合成・特徴づける。
これらの結果は、150ミリメートルのウエハ上でのCMOS互換の標準的な製造と組み合わせて、極低損失Si$_3$N$_4$統合フォトニクスを、大規模で展開可能な量子情報プロセッサのための決定的かつ製造可能なプラットフォームとして確立する。
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