Integración a gran escala de átomos artificiales en circuitos fotónicos híbridos

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Distribuir el entrelazamiento es clave para las computadoras y redes cuánticas.
• Los centros de color en el diamante son prometedores para los qubits de estado sólido, pero enfrentan desafíos de integración.
• La escala de sistemas cuánticos requiere la integración de muchos qubits con arquitecturas fotónicas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un proceso de alto rendimiento para integrar átomos artificiales (centros de color en el diamante) en circuitos integrados fotónicos (PIC).
• Para crear a gran escala, las matrices libres de defectos de los centros de color altamente coherente para el procesamiento de información cuántica.
• Para abordar los desafíos de la inhomogeneidad de los qubits y permitir emisores cuánticos sintonizables.

Principales métodos:

• Integración heterogénea de matrices de guía de ondas de diamante ("microchiplets cuánticos") que contienen centros de color en PIC de nitruro de aluminio.
• Fabricación de una matriz de 128 canales de centros de color de vacío de germanio (GV) y vacío de silicio (SiV).
• Espectroscopia de fotoluminiscencia para caracterizar las propiedades ópticas y ajuste in situ para la compensación de la inhomogeneidad.

Principales resultados:

• Realización exitosa de una matriz de 128 canales sin defectos de centros de color GV y SiV en un PIC AlN.
• Se han logrado anchos de línea óptica medios estrechos y estables (54 MHz para GV, 146 MHz para SiV), cercanos a los límites de vida útil.
• Se ha demostrado la sintonización in situ a más de 50 GHz para compensar las inhomogeneidades de los emisores sin degradar el ancho de línea.

Conclusiones:

• El proceso de integración desarrollado permite el ensamblaje escalable y de alto rendimiento de átomos artificiales en PIC.
• La capacidad de ajustar los emisores aborda un cuello de botella crítico para los sistemas cuánticos a gran escala.
• Este trabajo es un paso significativo hacia la construcción de repetidores cuánticos multiplexados y procesadores cuánticos de propósito general.