Research Abstract


A monolithically integrated polarization entangled photon pair source on a silicon chip

2012年11月12日 Scientific Reports 2 : 817 doi: 10.1038/srep00817

集積光回路は、小さな素子サイズや、安定かつ空間モード重なりがほぼ完全な経路干渉計を有するため、大規模光量子情報処理システムの最も有望なプラットフォームの1つである。とりわけ多くの量子情報プロトコルにおいて、光子の偏光に基づく量子ビットが用いられているため、集積チップ上で偏光に関する量子状態を生成、操作、測定する素子の開発が必要である。特にその生成素子は重要だ。今回我々は、初めてチップ上に集積された偏光量子もつれ光子対源を示す。我々は、簡便かつ安定な構成のSOI(Silicon on Insulator)光回路としてこの光源を実装し、偏光量子もつれ状態を91±2%の忠実度で生成することに成功した。本光源は、石英系導波路をはじめとする種々の導波路プラットフォームへの接続を可能とするインターフェースを備えており、偏光に関する操作・射影素子やポンプ光源の一体化集積が可能である。したがって、チップ上に光量子情報処理システムを完全集積する準備ができた。

松田 信幸1, 3, Hanna Le Jeannic1*, 福田 浩2, 3, 土澤 泰2, 3, William John Munro1, 清水 薫1, 山田 浩治2, 3, 都倉 康弘1† & 武居 弘樹1

  1. NTT物性科学基礎研究所
  2. NTTマイクロシステムインテグレーション研究所
  3. NTTナノフォトニクスセンタ
    †現所属:筑波大学大学院 数理物質科学研究科
Integrated photonic circuits are one of the most promising platforms for large-scale photonic quantum information systems due to their small physical size and stable interferometers with near-perfect lateral-mode overlaps. Since many quantum information protocols are based on qubits defined by the polarization of photons, we must develop integrated building blocks to generate, manipulate, and measure the polarization-encoded quantum state on a chip. The generation unit is particularly important. Here we show the first integrated polarization-entangled photon pair source on a chip. We have implemented the source as a simple and stable silicon-on-insulator photonic circuit that generates an entangled state with 91 ± 2% fidelity. The source is equipped with versatile interfaces for silica-on-silicon or other types of waveguide platforms that accommodate the polarization manipulation and projection devices as well as pump light sources. Therefore, we are ready for the full-scale implementation of photonic quantum information systems on a chip.