分析量子设备的光源
发布时间：2023-04-23 08:00:00 阅读数： 314
专门用于量子传感、量子计算、量子测量等的芯片的主要成分是光的非经典状态，如单子和纠缠光子。
缺陷对腔体特征频率的影响。(a) 微镜谐振器、二维光子晶体腔的示意图，以及在方位角/纵向方向的相应模式场强度?；疑?"云 "代表一个缺陷。(b) 对特征频率ω的影响（红色箭头）。水平绿线显示了由上图（下图）缺陷引起的环形谐振器（PhC）共振频率的相同（不同）频谱移动δω(δω,k)，这取决于模式的空间分布。图片来源：美国电气和电子工程师协会。
传统芯片的制造很难，但只要有数十亿美元的专业设备和穿着白色兔子服的家伙，就能完成。量子芯片的制造是非常困难的。此外，需要非线性光的来源，使这种光源可以制造。
在最近的研究中，建造≈20微米左右的非经典光源已经被证明。
这项研究来自法国的四个角落，加上美国马里兰州的国家标准与技术研究所（NIST）。他们首先阐述了产生非经典光态的量子谐振器，类似于微镜和光子晶体（PhC）腔。
科学家们做出了 "异国情调 "的选择，即光子晶体。他们开发了第一个在室温下使用微瓦级连续波泵的光学参数振荡器（OPO）。
磷化铟镓（InGaP）被利用来代替硅。即使在发射光谱可以被设计的情况下，该测试车也被开发为在电信光谱范围内运行。
他们说明了制造过程的可重复性以及在非常低的泵浦功率（≈40微瓦）的帮助下达到有效的参数转换的潜力，这是节约能源的关键。
该装置在阈值以下和附近产生相关的光子和正交挤压的真空，这两者都是量子信息的资源。OPO通过有效地转换泵的功率在阈值以上产生相关的相干光束。
该研究提供了对OPO的测量，并分析了质量、调谐、公差和缩放等问题。
来自挤压光的光子，泵的衰变，耳语廊模式，退化的情况。然而，有时间能量纠缠的光子对和 "温和的 "禁锢条件。
用于量子计算的光子组合电路的迷人语言掩盖了其严肃性。有一个原因是，商务部实验室NIST已经参与其中。NIST负责监督网络安全技术。如果坏蛋把他们的量子芯片做出来，那么就有可能破解任何代码。
正如作者所描述的那样，相对于今天的数字芯片，量子的好处是晶体内的量子力学能够实现非指数的扩展，其中担心的是幻想的复杂数学。
深入研究经典共振四波混合（FWM）的概念，意味着FWM发生在一个腔体中，使三个模式（在非退化情况下是四个）相互作用。
在这种情况下，"经典 "的用法与哈密顿矩阵变换的细节有关（数学）。当考虑到结构紊乱时，他们为他们选择的PhC腔签证环形共振器辩护。他们展示了如何使谐振器具有规定数量的模式而不是更多。这很重要，因为额外的模式意味着共振器的体积更大。
更重要的是，这些模式中的每一个都可以被单独调节，也就是说，它们的频率间隔和质量系数可以被开发成不同的。这将转化为对参数过程的出色控制，保证只有首选的相互作用有效发生，抑制寄生效应。实际上，获得这种程度的控制是非常困难的。
然后，作者对三种几何形状的PhC多模谐振器的特性进行了匹配。光子晶体包括一个200纳米的In0.5Ga0.5P的薄层，上面有一个二维的孔图案。
对一批新器件进行了详细的统计分析。显示结构紊乱会诱发同一谐振器的模式的不相关的?uctuations。
研究人员还比较了11个OPO的参数振荡的理论和实验，在斜率效率和阈值上有很好的一致性。
参考资料
Chopin, A., et al. (2022) Canonical Resonant Four-Wave-Mixing in Photonic Crystal Cavities: Tuning, Tolerances and Scaling. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2022.3229164.
