Wetenschappers kunnen samengeperst licht genereren via sterk aangedreven spontane viergolfmenging onder de drempelwaarde in siliciumnitride-microringresonatoren. Het gegenereerde licht kan worden gekarakteriseerd met homodyne-detectie (om fase- of frequentiegecodeerde informatie te extraheren) en door directe metingen van fotonstatistieken. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang , V.D. Vaidya, en een team van wetenschappers in Canada en de VS heeft het kwadratuur-geperste vacuüm en het fotongetalverschil gemeten dat wordt gegenereerd in een geïntegreerd nanofotonisch apparaat. De resultaten zullen van invloed zijn op toepassingen in de kwantumtechnologie.

Het concept van geperst licht is relevant in kwantum optische verwerking, waar de bijbehorende architecturen van continu variabele fotonica hoge kwaliteit vereisen, schaalbare apparaten om geperst licht te genereren voor veel fundamentele fotonische kwantuminformatieverwerkingstoepassingen. Voorbeelden zijn onder meer continue variabele (CV) kwantumberekening en Gauss-bosonbemonstering, wat een veelbelovende weg is om bijna-thermisch kwantumvoordeel te behalen en een reeks intrigerende concepten te accommoderen, inclusief moleculaire vibronische spectrumsimulaties, grafiek isomorfisme, perfecte overeenkomsten en grafiekovereenkomst.

Geknepen licht voor kwantum optische verwerking

De meeste van deze kwantumtoepassingen vereisen een schaalbare bron van samengeperst licht om optische waarneming in de buurt van de kwantumlimiet te implementeren en te verbeteren. Geïntegreerde fotonica is een natuurlijk platform om deze schaalbare geperste lichtbronnen te verkennen, waar de stabiliteit en maakbaarheid met hoge doorvoer die wordt geboden door moderne lithografische (patroon)methoden veelbelovende wegen bieden om bruikbare kwantumtechnologieën op schaal te realiseren. Echter, de vooruitgang tot nu toe op het gebied van chip-geïntegreerd knijpen is beperkt. In de huidige studie, daarom, Vaidya et al. gebruikte spontane vier-golfmenging (SWFM) in siliciumnitride-microringresonatoren om een ​​gemakkelijk toegankelijke en volwassen technologie op commerciële fabricageplatforms te bieden.

Het experimentele apparaat zelf had eenvoudige afmetingen, waarbij zowel kwadratuur als fotongetalverschil samendrukking zou kunnen worden gegenereerd in siliciumnitride (Si ₃ N ₄ ) microringresonatoren, punt gekoppeld aan kanaalgolfgeleiders. De opstelling omvatte ook microverwarmers die zijn bedekt voor afstemming en stabilisatie van de resonantiegolflengte. De wetenschappers gebruikten een commerciële gieterij voor fabricage waarbij de golfgeleider siliciumnitride bevatte dat volledig was bekleed met siliciumdioxide (SiO ₂ ). Het team gebruikte SWFM om knijpen te genereren en een paar signaal- en inactieve fotonen te vormen. De experimentele opstelling maakte een significante kwadratuur mogelijk bij bescheiden ingangsvermogensniveaus. Het team mat de kwadratuur- en fotongetalstatistieken van het apparaat en vergeleek de resultaten met theoretische voorspellingen.

Kwadratuur knijpen - het experiment

Het team karakteriseerde de kwantumtoestand van de resonatoruitgang als een geperste vacuümtoestand in twee modi die onderhevig is aan verlies, waar het verlies voortkwam uit de onvolmaakte ontsnappingsefficiëntie van de holte en stroomafwaartse verliezen op het koppelpunt van de chip. De wetenschappers begrepen deze toestand als een product van twee single-mode geperste toestanden:elk met een frequentieondersteuning bij zowel de signaal- als de rustresonanties. Vaidya et al. de kwadratuurvarianties van de interessante modi gemeten met behulp van gebalanceerde homodyne-detectie, een methode die de extractie van informatie mogelijk maakte die is gecodeerd als de fase of frequentie van een oscillerend signaal.

Tijdens het experiment, het team koppelde een continue golfpomp in de chip om licht te extraheren via verliesarme randkoppelingen. De pomp wekte een enkele resonantie van de microring in de chip op om licht te genereren over meerdere signaal- en idler-paren. Het team selecteerde zo'n paar signaal- en idler-modi met off-chip golflengtefilters voor analyse. Vervolgens produceerden ze een bichromatische lokale oscillator en combineerden dit met het signaal en het rustlicht op een afstembare vezelbundelsplitser. Op basis van de uitkomsten, de wetenschappers schatten dat ongeveer 4 dB knijpen beschikbaar is bij de monitoring-uitgang op de chip, en kreeg breedband knijpen, beperkt door resonantielijnbreedten. Echter, afgezien van verliezen en beperkingen van het pompvermogen is de aanwezigheid van geluid te beperkt licht knijpen. Om te voorkomen dat beschadigd licht in apparaten knijpt, daarom, het team heeft de aanwezigheid van overmatig geluid in het systeem beoordeeld, binnen de knijpband en stelde verdere optimalisatiestappen voor om de precisie te verbeteren en het effect beter te beoordelen.

Fotongetalcorrelaties

Hoewel homodyne-metingen nauwkeurig kwadratuurknijpen evalueerden, het team verifieerde ook de compatibiliteit van een samengedrukte lichtbron met het tellen van fotonen. De wetenschappers voerden nummeroplossende detectie uit op de uitgang van het apparaat, voor dit experiment, ze gebruikten een microringresonator met een bredere dwarsdoorsnede. Vaidya et al. scheidde vervolgens het signaal en de idler die in de opstelling waren gegenereerd en filterde ze via multiplexcomponenten met golflengteverdeling. Vervolgens koppelden ze de output aan supergeleidende fotongetaloplossende overgangsrandsensoren (TES's) om een ​​resolutie van het fotongetal te bieden tot ongeveer 10 fotonen per kanaal. De wetenschappers noteerden een opmerkelijk kenmerk in het werk, waar ze een hoog aantal gecorreleerde multifoton-gebeurtenissen detecteerden. De resultaten toonden het genereren van 'veel-fotontoestanden' in een nanofotonisch platform met veel hogere snelheden om de ontwikkeling van toepassingen te motiveren die geperste lichtbronnen vereisen.

Op deze manier, V.D. Vaidya en collega's genereerden bijna enkele tijdelijke samengedrukte toestanden zonder speciale technische effecten vanwege de resonerende aard van de opstelling. Verliezen waren de belangrijkste beperkende factor voor de prestaties, die kan worden verbeterd om hogere resonatorkwaliteitsfactoren te verkrijgen voor betere lichtknijpeffecten. Het team stelt voor om de signaal-ruisverhouding te verbeteren om de opwekkingsefficiëntie te verbeteren door de hoeveelheid stroom te verminderen die nodig is om op het gewenste knijpniveau te functioneren. Dit zal ook het aantal fotonen verminderen dat wordt gegenereerd als gevolg van spontane Raman-verstrooiing in de vezelcomponenten die het apparaat vormen. Tijdens ruisonderdrukking moet voorzichtigheid worden betracht om te voorkomen dat het experimentele schema wordt onderdrukt. Het team zal natuurlijk de volgende stappen vormen om chip-geïntegreerde geperste lichtbronnen te ontwikkelen.

© 2020 Wetenschap X Netwerk