電気通信

2023 年 7 月 31 日の特集

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Thamarasee Jeewandara、Phys.org 著

量子バンド統合に依存する量子メモリは、ファイバー通信インフラストラクチャと互換性のある量子ネットワークを開発するために使用される重要な構成要素です。 量子エンジニアやIT専門家は、通信帯域で統合されたマルチモードフォトニック量子メモリを形成するための、大容量のネットワークをまだ構築していません。

Science Advances の新しいレポートで、Xueying Zhang 氏と電子科学、物理学、情報技術の研究チームは、レーザー書き込みチップ上の通信帯域での単一光子のファイバー統合マルチモードストレージについて説明しました。

ファイバーピグテールエルビウム (Er3+) ドープニオブ酸リチウム (Er3+:LiNbO3) で作られた記憶装置は、通信帯域のファイバーに統合されたオンチップコンポーネントと統合されたメモリシステムを提供しました。 研究結果は、統合フォトニクスデバイスに基づいて将来の量子ネットワークが実現する道筋を浮き彫りにしている。

光の量子状態を物質上に可逆的にマッピングして、分散量子ネットワークを介した長距離量子通信に最適なフォトニック量子メモリを作成できます。

物理学者は、光導波路ベースのフォトニック量子メモリデバイスを、量子光源、フォトニック回路、単一光子検出器などの他の集積量子デバイスと統合して、相互接続された多機能量子アーキテクチャを設計しました。 この研究では、Zhang ら。 は、ニオブ酸リチウムベースの導波路で通信帯域に統合されたマルチモードストレージデバイスを開発しました。

彼らは、ファイバ通信システムとの互換性を促進するために、セットアップの両側に光コリメータを使用して、シングルモードファイバピグテールに直接結合されたフェムト秒レーザマイクロマシニングでレーザ書き込み導波路を設計しました。

同チームは、原子周波数コムプロトコルを使用したオンチップ量子メモリシステムを開発した。 4 GHz幅の原子周波数コムの統合により、チームはマルチモード量子ストレージシステムを実験的に実現することができ、ファイバー通信のインフラストラクチャと互換性のあるメモリを備えた統合量子ネットワークを形成する道が開かれました。

張ら。 は、フェムト秒レーザー微細加工を使用してエルビウムをドープしたニオブ酸リチウム結晶のウェーハ内に作製したタイプ III 導波路を使用した記憶装置を設計しました。

この材料のバルク結晶は、ドーパントイオンの濃度を微小な割合に維持し、レーザー描画導波路とシングルモードファイバー間の結合を可能にしました。 科学者らは、ドープされたニオブ酸リチウム結晶を、シングルモードファイバーピグテールを備えた2つの光コリメータを備えた銅製ヒートシンクに接着しました。

彼らは、ファイバ統合デバイスを希釈冷凍機に置き、極低温セットアップ全体を通じて 26 パーセントの合計光伝送周波数を観察しました。

マルチモードストレージの実験は、原子周波数コムベースの量子メモリと測定システムを準備するために単一光子を生成することから構成されていました。 研究チームは、一連の光パルスによって励起されるニオブ酸リチウム導波路モジュール内で第二高調波発生と自発パラメトリックダウンコンバージョンプロセスをカスケード接続することにより、相関光子対を生成した。

シングルモードストレージの場合、チームは持続時間 300 ピコ秒の単一レーザーパルスを使用しました。 科学者らは、超伝導ナノワイヤ単一光子検出器を介して装置内で光子を検出した。 張ら。 は、時間デジタル変換器を使用してこの機器の検出信号を分析しました。