얽힌 광원은 완전히 온칩입니다.

얽힌 광자 쌍은 광자 양자 컴퓨터, 양자 키 분배 시스템 및 많은 양자 네트워킹 설계의 핵심 요소입니다. 필요에 따라 얽힌 광자를 생성하려면 일반적으로 부피가 큰 레이저와 긴 정렬 절차가 필요하며 이는 이러한 기술의 상업적 실행 가능성을 제한합니다. 이제 독일과 네덜란드의 연구팀은 새로운 아키텍처를 사용하여 여러 통합 광자 기술을 하나의 장치로 결합했습니다. 그 결과 XNUMX유로 동전 크기의 칩에 완전히 얽힌 광자 소스가 생성됩니다.

"이 칩은 사용하기 매우 쉽습니다." 팀원이 말합니다. 락팀 할다르, Leibniz University Hannover의 박사 후 연구원입니다. "플러그를 연결하고 스위치를 켜기만 하면 양자 광자를 생성할 수 있습니다. 다른 것 또는 다른 전문 지식이 필요하지 않습니다." 그는 미래에는 오늘날 모든 전자 시스템에서 리튬 이온 배터리가 발견되는 것과 같은 방식으로 모든 광학 양자 프로세서에서 소스를 찾을 수 있을 것이라고 덧붙였습니다.

광자 양자 비트(큐비트)는 미래 양자 컴퓨터의 기반이 되기 위해 경쟁하는 여러 기술 중 하나입니다. 그들은 초전도 장치 및 갇힌 원자 또는 이온을 기반으로 하는 큐비트를 포함하여 다른 유형의 큐비트에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 예를 들어 광자 큐비트는 극저온으로 냉각할 필요가 없으며 섬세한 양자 시스템을 파괴할 수 있는 환경 소음에 덜 민감합니다.

얽히게 어렵다

단점은 광자 큐비트가 손실에 더 취약하고 얽히기가 훨씬 더 어렵다는 것입니다. 후자는 한 번에 둘 이상의 큐비트를 포함하는 계산에 필요합니다.

칩에 인쇄된 미크론 폭의 도파관에서 광자가 이동하도록 제한되는 통합 포토닉스는 광 기반 양자 컴퓨터를 개선할 수 있는 방법을 제공합니다.

"광자 양자 컴퓨터는 손실에 큰 문제가 있습니다."라고 말합니다. 엘리자베스 골드슈미트, 새로운 소스를 만드는 데 관여하지 않은 일리노이 대학교 어바나 샴페인의 양자 광학 교수. "인터페이스는 특히 손실이 많기 때문에 온칩으로 가는 것이 매우 중요합니다."

최신 연구에서 Haldar와 동료들은 얽힌 광자를 생성하는 포토닉스 시스템 온 칩을 만들었습니다. 그것은 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다: 레이저; 좁은 주파수 대역에서 레이저 안정성을 보장하는 필터; 얽힌 광자 쌍을 생성하는 비선형 매질. 외부 레이저를 필요로 하는 레이저와 양자 광원은 이전에도 온칩으로 만들어졌지만 두 가지를 동일한 칩에 넣는 것은 어려운 일이었습니다. 이는 레이징에 사용되는 재료가 필터링 및 얽힌 쌍 생성에 필요한 재료와 다르고 두 재료의 제조 공정이 일반적으로 호환되지 않기 때문입니다.

하이브리드 통합

팀은 하이브리드 통합이라는 기술을 사용하여 이러한 비호환성을 극복했습니다. 레이징에 사용되는 이득 매질은 인듐 인화물로 만들어졌으며 필터링 및 광자 생성 구성 요소는 질화규소로 만들어졌습니다. 두 가지를 결합하기 위해 팀은 다음의 전문 지식을 사용했습니다. 클라우스 볼러University of Twente의 그룹입니다. Boller의 팀은 미세한 도광 구성 요소가 정렬되고 완벽하게 연결되어 인터페이스에서 빛이 거의 손실되지 않도록 충분한 기교로 서로 다른 칩을 접착하는 데 능숙합니다. 인터페이스에서 반사를 피하기 위해 반사 방지 코팅을 추가하고 인듐 인화물 도파관의 끝을 칩에서 위쪽으로 9° 기울였습니다. 이를 통해 인터페이스에서 0.01dB 미만의 손실을 달성할 수 있었습니다.

되살아난 광자 얽힘은 양자 통신 및 이미징을 향상시킬 수 있습니다.   

모든 구성 요소의 원활한 통합을 지원하기 위해 팀은 레이저 이득 매질, 필터 및 광자 쌍 생성 도파관이 모두 레이저 캐비티 내부에 포함된 설계를 선택했습니다. Goldschmidt는 "그들은 필터링과 쌍 생산을 동일한 실리콘 질화물 링과 동일한 칩의 레이저에 통합하는 영리한 방식을 생각해 냈습니다. 이는 매우 멋진 일입니다."라고 설명합니다.

레이저 캐비티 내부의 전체 메커니즘을 설계하는 것은 쉬운 일이 아니었습니다. 특히, 그들이 사용한 필터는 양자광 목적에 맞게 조정되지 않았으며 이를 적용하기 위해 열심히 노력했습니다. "레이저 동작을 유지하려면 손실이 총 이득과 같아야 합니다."라고 Haldar는 말합니다. "그것은 매우 어려운 기술적 과제입니다. 두 도파관 사이의 간격이 예를 들어 200nm인 경우 180nm로 변경하면 전체 칩이 작동하지 않을 수 있습니다.”

이 칩은 초당 약 99회 1000% 충실도의 주파수 얽힘 광자 쌍을 생성합니다. 팀은 현재 다광자 클러스터 상태 생성을 포함하도록 온칩 포토닉 기능을 확장하기 위해 노력하고 있습니다. 이들은 손실에 덜 민감한 효과적인 큐비트로 사용될 수 있는 여러 개의 얽힌 광자로 구성된 상태입니다. 효과적인 클러스터 상태를 생성하는 것은 양자 컴퓨팅에서 어려운 공개 문제입니다. Goldschmidt는 "동일한 칩에서 이러한 여러 소스를 다중화하는 것은 매우 명확한 경로이며 더 많은 자유도를 얽히고 더 복잡한 얽힌 상태를 구축할 수 있게 합니다"라고 말합니다.

그들은 그들의 결과를 자연 Photonics.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/entangled-light-source-is-fully-on-chip/