エンタングルしたキュービット/キューディット状態を生成するための完全オンチップ型ターンキー式フォトニック量子光源

最近、集積フォトニクスは、小型でロバストかつスケーラブルなチップ形式で光エンタングル量子状態を実現し処理する主要なプラットフォームになっており、長距離量子セキュア通信、量子加速情報処理、非古典的計測への応用がある。しかし、これまで開発された量子光源は、外部の大型励起レーザーに頼っているため、再現性のない非実用的なプロトタイプデバイスであり、スケーラビリティーや、実験室から現実世界の応用への移行が阻まれている。今回我々は、レーザー共振器、バーニア効果を利用した調整可能な高効率ノイズ抑制フィルター（> 55 dB）、自発的四波混合によってエンタングル光子対を生成する非線形マイクロリングの集積化を通して、こうした課題を克服する完全集積型量子光源を実証している。このハイブリッド量子光源は、電気励起InP利得セクションとSi₃N₄低損失マイクロリングフィルターシステムを用いており、高い性能パラメーター、すなわち通信波長帯（帯域幅約1 THz）における4つの共振モードにわたる対放出と、約80という高い同時カウント/偶発カウント比において約620 Hzという非常に高い対検出速度を実証している。この光源は、ビジビリティーが最高96％（ベルの不等式を破る）の量子干渉測定と、最高99％の忠実度を示す状態トモグラフィーを通した密度行列再構築によって検証されたように、高次元周波数ビンエンタングル量子状態（キュービット/キューディット）を直接生成している。ハイブリッド量子プラットフォームを利用した今回の手法は、量子プロセッサーや量子衛星通信システムなどの実用的な実験室外応用の中心となる、スケーラブルで商業的に実現可能かつ現地展開可能な安価で小型軽量のもつれ量子光源を可能にする。