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チップベース量子マイクロコム、光場間にエンタングルメント実現

December, 3, 2021, Washington--バージニア大学の研究チームは、微小な光周波数コム、マイクロコムを開発した。これは、2モードスクイージングを使って、連続光場の間に無条件のエンタングルメントを作り出す。微小チップベースのデバイスは、量子コンピューティング、量子計測や量子センシングに使える確定的量子周波数コム量産の基礎となる。

米国バージニア大学のZijiao Yangは、Optics + Laser Science Conference (FiO LS)で研究成果を発表した。

新しいマイクロコムは、連続可変エンタングル状態に基づいた量子情報プロトコル向けに設計されている。これは、シングルフォトンではなく、全光場向けのエンタングル状態、つまり量子モードを生成する。このプロトコルへの関心は高い。qubitベースの方法と違い、シングルフォトン、つまり特別な光変調が必要ないからである。

「qubitアプローチと異なり、連続可変アプローチは、量子状態におけるエンタングル量子モードの数を可能にする。これは、周波数、時間または空間多重によりスケールアップできるものであり、量子メモリ、つまり成功するまで反復する戦略は不要である。われわれの新しいマイクロコムは、連続可変量子コンピューティングに拡張可能な物理的プラットフォームを提供できる」(Yang)。

新しい量子マイクロコムは、シングルモードテーパーファイバを結合導波路として利用した、シリコンチップで22GHzフリースペクトル範囲、3㎜径シリカウエッジで作製される。それは2モードスクイージングを使って、連続光場の間に無条件エンタングルメントを作る。

その新しいデバイスをテストするために研究チームは、新しいマイクロコムで作られた20の量子モード対を計測した。チームは、量子モードが1.6dBの最大ロースクイージング、6.5dBの最大アンチスクイージングを示すことを確認。ロースクイージングは、主に脱キャビティ(cavity escape)効率83%、1.7光損失、約89%のフォトダイオード量子効率により制約されている。研究者は、テーパードファイバ後のトータル効率60%を報告。スクイージング計測は、両モード間の量子的相関に説得力のある証拠を示しているが、量子情報処理アプリケーションには、スクイージンクレベルは、さらに増強する必要がある。

研究チームによると、未加工のスクイージングは、システム損失を減らし、フォトダイオードの量子効率改善、より高い共振器-導波路の脱出効率達成により改善可能である。
(詳細は、www.FrontiersinOptics.com )