ハイブリッド光子回路における人工原子の大規模統合

科学分野:

• 量子情報科学
• 材料科学
• ナノテクノロジー

背景:

• 量子コンピュータやネットワークには 絡み合いを分散させることが重要です
• ダイヤモンドの色の中枢は 固体量子ビットとして有望ですが 統合の課題に直面しています
• 量子システムのスケーリングには 多くの量子ビットと 光学アーキテクチャを統合する必要があります

研究 の 目的:

• 人工原子 (ダイヤモンドのカラーセンター) を光子統合回路 (PIC) に統合するための高生産性プロセスの開発.
• 量子情報処理のための 高度一貫性のある色センターの 欠陥のない大規模な配列を作成します
• 量子ビットの不均一性の課題に対処し 調節可能な量子エミターを可能にします

主な方法:

• アルミナイトリドPICにカラーセンターを含むダイアモンド波導体配列 ("量子マイクロチップ") の異質な統合.
• ゲルマニウム空白 (GV) とシリコン空白 (SiV) の色センターの128チャンネル配列の製造.
• 光学特性を特徴付けるための光発光スペクトロスコーピーと,不均一性の補償のためにin situチューニング.

主要な成果:

• 128チャンネル,欠陥のない配列のGVとSiVのカラーセンターをAlN PICで実現しました.
• 狭い,安定した平均光線幅 (GVは54MHz,SiVは146MHz) を達成し,寿命制限に近い.
• 線幅を劣化させずにエミッターの不均一性を補うために,50GHz以上の現地チューニングが実証されています.

結論:

• 開発された統合プロセスは,人工原子をPICに高生産性でスケーラブルに組み込むことを可能にします.
• 大規模な量子システムにおける 重要なボトルネックに対応します
• この研究は,複合量子リピーターと汎用量子プロセッサの構築に向けた重要な一歩です.