Design Methodologies for Integrated Quantum Frequency Processors
Design Methodologies for Integrated Quantum Frequency Processors
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集成量子频率处理器的设计方法
DOI：
--
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发表时间：
2022
影响因子：
4.7
通讯作者：
J. Lukens
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
B. E. Nussbaum;Andrew J. Pizzimenti;Navin B. Lingaraju;Hsuan;J. Lukens
频率编码的量子信息为量子通信和网络提供了有趣的机会，量子频率处理器范例基于电光相位调制器和傅立叶变换脉冲整形器为量子门的可扩展构建提供了一条途径。然而，迄今为止，所有的实验演示都依赖于离散的光纤组件，这些组件占据了大量的物理空间并带来了可观的损耗。在这篇文章中，我们介绍了一个模型的量子频率处理器的设计，包括微谐振器为基础的脉冲整形器和集成相位调制器。我们估计的性能，单个和并行的频率箱阿达玛门，找到高保真度的值，扩展到频率箱相对较宽的带宽。通过将多阶滤波器的设计，以及，我们探索的限制，紧密的频率间隔，一个政权非常难以获得散装光学。总的来说，我们的模型是通用的，简单易用，可扩展到其他材料平台，提供了一个急需的设计工具，为未来的频率处理器集成光子学。
Frequency-encoded quantum information offers intriguing opportunities for quantum communications and networking, with the quantum frequency processor paradigm—based on electro-optic phase modulators and Fourier-transform pulse shapers—providing a path for scalable construction of quantum gates. Yet all experimental demonstrations to date have relied on discrete fiber-optic components that occupy significant physical space and impart appreciable loss. In this article, we introduce a model for the design of quantum frequency processors comprising microring resonator-based pulse shapers and integrated phase modulators. We estimate the performance of single and parallel frequency-bin Hadamard gates, finding high fidelity values that extend to frequency bins with relatively wide bandwidths. By incorporating multi-order filter designs as well, we explore the limits of tight frequency spacings, a regime extremely difficult to obtain in bulk optics. Overall, our model is general, simple to use, and extendable to other material platforms, providing a much-needed design tool for future frequency processors in integrated photonics.
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