On-chip single photon filtering and multiplexing in hybrid quantum photonic circuits.
On-chip single photon filtering and multiplexing in hybrid quantum photonic circuits.
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片上单光子过滤和混合量子光子电路中的多路复用。
DOI：
10.1038/s41467-017-00486-8
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发表时间：
2017-08-30
影响因子：
16.6
通讯作者：
Jöns KD
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Elshaari AW;Zadeh IE;Fognini A;Reimer ME;Dalacu D;Poole PJ;Zwiller V;Jöns KD
量子光在现代科学和未来的光子应用中起着举足轻重的作用。自从集成量子纳米光子学出现以来，基于III-V纳米结构、色心和非线性波导的不同材料平台作为片上光源已经被研究。每个平台都有独特的优势和局限性；然而，所有实现都面临着重大挑战，如单个量子状态的过滤、可扩展的集成、选定量子发射器的确定性多路复用以及芯片上的激励抑制。在这里，我们用一种混合和可扩展的方法克服了所有这些挑战，在这种方法中，单个III-V量子发射器被定位并确定性地集成在一个互补的金属氧化物半导体兼容的光子电路中。我们展示了可重新配置的片内单光子过滤和波分复用，其占地面积比类似的桌面方法小一百万倍，同时提供超过95 分贝的激发抑制和在40 nm带宽上有效的单光子路由。我们的工作标志着挖掘量子光学技术的全部潜力迈出了重要的一步。将不同的集成平台整合到同一块芯片上是当前量子技术面临的主要挑战之一。在这里，Elshaari等人。Show III-V量子点嵌入纳米线中，在兼容的电路中运行，具有受控的片上过滤和可调的布线。
Quantum light plays a pivotal role in modern science and future photonic applications. Since the advent of integrated quantum nanophotonics different material platforms based on III–V nanostructures-, colour centers-, and nonlinear waveguides as on-chip light sources have been investigated. Each platform has unique advantages and limitations; however, all implementations face major challenges with filtering of individual quantum states, scalable integration, deterministic multiplexing of selected quantum emitters, and on-chip excitation suppression. Here we overcome all of these challenges with a hybrid and scalable approach, where single III–V quantum emitters are positioned and deterministically integrated in a complementary metal–oxide–semiconductor-compatible photonic circuit. We demonstrate reconfigurable on-chip single-photon filtering and wavelength division multiplexing with a foot print one million times smaller than similar table-top approaches, while offering excitation suppression of more than 95 dB and efficient routing of single photons over a bandwidth of 40 nm. Our work marks an important step to harvest quantum optical technologies’ full potential. Combining different integration platforms on the same chip is currently one of the main challenges for quantum technologies. Here, Elshaari et al. show III-V Quantum Dots embedded in nanowires operating in a CMOS compatible circuit, with controlled on-chip filtering and tunable routing.
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