論文の概要: Design of an Electrically Tunable Microtoroid for Frequency Selection of Polarization-Entangled Photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.03437v1
- Date: Fri, 03 Jul 2026 15:50:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-07 22:26:29.610823
- Title: Design of an Electrically Tunable Microtoroid for Frequency Selection of Polarization-Entangled Photons
- Title（参考訳）: 偏光共役光子の周波数選択のための導電性マイクロトロイドの設計
- Authors: Yichi Zhang, Enqi Ke, Judith Su,
- Abstract要約: 離散光周波数の量子情報は「周波数ビン」と呼ばれ、異なる色の光を付加情報チャネルとして利用する。
偏光-絡み合った光子対が生成された後、所望の周波数チャネルを選択する電気調節可能なシリカマイクロトロイドの計算設計について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.421583659775226
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Encoding quantum information into discrete optical frequencies, or "frequency bins," uses different colors of light as additional information channels, allowing each photon to carry more information than polarization alone. We present a computational design for an electrically tunable silica microtoroid that selects desired frequency channels after a polarization-entangled photon pair has been generated without disturbing the photons' polarization entanglement. In the proposed architecture, the 750 nm signal photon passes through the microtoroid, while its entangled 880 nm partner bypasses the resonator and serves as a reference for the selected frequency channel. The principal challenge is resonator birefringence: because horizontally and vertically polarized light resonate at slightly different frequencies, the selected frequency can reveal the photon's polarization state and weaken the quantum correlation between the photon pair. We solve this problem by adding a small lithium-niobate tuning element controlled with a single applied voltage. The voltage shifts the resonator so that it responds almost identically to horizontally and vertically polarized light, reducing the remaining mismatch to only 0.286 optical linewidths across nine frequency channels. The photons remain strongly entangled after passing through the device, with a concurrence of C = 0.969, a Bell-state fidelity of F = 0.981, and a Bell parameter of S_max = 2.785. If the relative timing between the frequency channels is also controlled, the same device can generate a nine-channel polarization-frequency hyperentangled state with an effective dimension of K = 8.97. This computational design provides a compact, electrically tunable bridge between polarization-entangled photon sources and future high-capacity quantum photonic systems.
- Abstract（参考訳）: 離散光周波数に量子情報をエンコードする「周波数ビン」は、光の異なる色を付加情報チャネルとして使用し、各光子は偏光のみよりも多くの情報を運ぶことができる。
本稿では、光子の偏光絡みを乱さずに、偏光絡み合った光子対を生成した後、所望の周波数チャネルを選択する電気調節可能なシリカマイクロトロイドの計算設計について述べる。
提案したアーキテクチャでは、750nmの信号光子がマイクロトロイドを通過し、その絡み合った880nmのパートナーが共振器をバイパスし、選択された周波数チャネルの参照として機能する。
主課題は共振器複屈折であり、水平および垂直に偏光がわずかに異なる周波数で共鳴するため、選択された周波数は光子の偏光状態を明らかにし、光子対間の量子相関を弱める。
単一印加電圧で制御される小さなリチウムニオブ調整素子を添加することで,この問題を解決する。
電圧は共振器を水平および垂直の偏光にほぼ同一に応答するようにシフトさせ、残りのミスマッチを9つの周波数チャネルで0.286光線幅に減少させる。
C = 0.969、F = 0.981のベル状態忠実度、S_max = 2.785のベルパラメータを持つ。
周波数チャネル間の相対タイミングも制御されている場合、K = 8.97の有効次元を持つ9チャネル偏光周波数超絡状態を生成することができる。
この計算設計は、偏光束縛された光子源と将来の高容量量子フォトニクスシステムの間のコンパクトで電気的に調整可能なブリッジを提供する。
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