論文の概要: From Fabrication Disorder to Quantum-Protocol Yield in Inverse-Designed Silicon Photonic Beam Splitters
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.02209v1
- Date: Sun, 01 Nov 2026 21:07:33 GMT
- ステータス: 情報取得中
- システム内更新日: 2026-11-03 19:35:07.222749
- Title: From Fabrication Disorder to Quantum-Protocol Yield in Inverse-Designed Silicon Photonic Beam Splitters
- Title（参考訳）: 逆設計シリコンフォトニックビームスプリッタにおける製造障害から量子プロトコール収率へ
- Abstract要約: テレコムバンドシリコンスピン光量子ビットは、スケーラブルな量子ネットワークと分散情報処理のための有望なプラットフォームを提供する。
ここでは、従来のレイアウトを超えたフォトニックジオメトリを最適化するために、随伴型逆設計を用いる。
デバイスはそれぞれ2.9と26 um2のフットプリントを達成し、余剰損失は0.14-0.44 dB、バックリフレクションは5*10-4以下である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Telecom-band silicon spin-photon qubits offer a promising platform for scalable quantum networks and distributed information processing, but their fixed emission wavelengths require compact, low-loss beam splitters with precise splitting and fabrication robustness. Conventional designs can face trade-offs between footprint, optical performance, and wavelength-specific operation. Here, we employ adjoint-based inverse design to optimize photonic geometries beyond conventional layouts, developing 1*2 Y-splitters and 2*2 directional couplers for the silicon T (1326 nm) and Al1 (1482.44 nm) spin-photon qubits. The devices achieve footprints of 2.9 and 26 um^2, respectively, with excess losses of 0.14-0.44 dB and back-reflection below 5*10^-4. We assess fabrication tolerance using 100-realization Monte Carlo simulations incorporating etch bias, line-edge roughness, thickness, and refractive-index variations. Mirror symmetry reduces the splitting-ratio spread of the Y-splitter by a factor of seven to nine relative to the directional coupler. We translate these variations into dual-rail fidelity, ideal splitting-ratio-limited Hong-Ou-Mandel visibility, and random-number min-entropy. All realizations satisfy a protocol-performance threshold of 0.95. At 0.99, the tolerated splitting-ratio deviation shrinks from 0.035 for visibility to 0.0035 for min-entropy, and the simulated yields are 68% (T) and 91% (Al1) for coupler visibility and 90% (T) and 66% (Al1) for Y-splitter min-entropy. The tolerance of the target protocol, rather than the device alone, therefore sets the fabrication requirement for silicon spin-photon beam splitters.
- Abstract（参考訳）: テレコムバンドシリコンスピン光量子ビットは、スケーラブルな量子ネットワークと分散情報処理のための有望なプラットフォームを提供するが、その固定発光波長は、精密な分割と製造の堅牢性を備えたコンパクトで低損失ビームスプリッターを必要とする。
従来の設計では、フットプリント、光学性能、波長固有の操作のトレードオフに直面することがある。
ここでは, 従来の配置を超えるフォトニックジオメトリを最適化するために, シリコンT (1326 nm) とAl1 (1482.44 nm) のスピン光子量子ビットに対して, 1*2 Y-スプリッタと 2*2 方向結合体を開発した。
デバイスはそれぞれ2.9と26 um^2のフットプリントを達成し、余剰損失は0.14-0.44 dB、後方反射は5*10^-4以下である。
100-realization Monte Carlo Simulations using 100-realization Monte Carlo Simulations using etch bias, line-edge roughness, thickness, andfracive-index variation。
ミラー対称性は、Yスプリッターのスプリッティング比の拡散を、方向カプラに対して7から9の係数で減少させる。
我々はこれらのバリエーションを二重レールの忠実度、理想分割比制限のHong-Ou-Mandel可視性、乱数エントロピーに変換する。
すべての実現はプロトコル性能閾値0.95を満たす。
0.99 では可視性0.035 からミンエントロピー 0.0035 に減少し、模擬収率はカプラ可視性 68% (T) と 91% (Al1) と Y-スプリッターミンエントロピー 66% (Al1) となる。
したがって、ターゲットプロトコルの耐久性はデバイスのみでなく、シリコンスピン光子ビームスプリッターの製造要件を定める。
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