集積フォトニクス：高Q値窒化ケイ素微小共振器における下方変換光子対

自発的パラメトリック下方変換（SPDC）によって生成されたエンタングル光子対は、多くの量子応用の中核となっている。SPDCは通常、固有の二次非線形性（χ⁽²⁾）を示す非中心対称性の系において行われる。今回我々は、窒化ケイ素（Si₃N₄）において、オンチップでレートが毎秒80万対の強い狭帯域SPDCを実証する。Si₃N₄は、フォトニック集積技術向けに卓越した材料であり、集積量子回路に不可欠な導波路損失も最小である。しかし、アモルファス（非晶質）のSi₃N₄は固有のχ⁽²⁾を示さず、これによってフォトニック量子デバイスにおける役割が制限される。我々は、高Q値光微小共振器内での強い光場増強と、光誘起空間電場を組み合わせることによって、Si₃N₄でのSPDCを可能にした。我々は、高スペクトル輝度の狭帯域光子対を提示し、同時測定を通して下方変換光子対の量子性を確認した。Si₃N₄集積フォトニクス技術に基づく今回の光源によって、オンチップ量子系への新たな道が開かれる。

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