Scaleable integration of electronic and Photonic integrated circuits for quantum optics in silicon

用于硅中量子光学的电子和光子集成电路的可扩展集成

基本信息

  • 批准号:
    2606682
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The majority of this PhD will be undertaken with Josh in The Big Photon group looking at scalable integration of electronic and photonic integrated circuits for quantum optics in silicon. Another project will be undertaken with Jorge looking at frequency multiplexed control of phase modulators in order to reduce wiring requirements into the cryostat and onto the chip. These projects fall under the same banner of scalability in silicon photonics with both supervisors eager to collaborate.Photonic integrated circuits (PICs) represent a promising platform for classical and quantum information processing. Information can be encoded into different properties of the light confined to waveguides lithographically fabricated on the PICs. Manipulation of the light, and thus the encoded information, is typically achieved using beam splitters and phase modulators. Reck et al. showed that any NxNunitary operation can be expressed as some linear combination of 2x2 unitary operations achieved using simple Mach-Zehnder Interferometers. These Reck schemes, and other large-scale manipulation of quantum states on chip, will require>1000 phase modulators thus be requiring a number of electrical control wires of the same order. To reduce this wiring bottleneck multiplexing techniques can be used to allow for the control of multiple phase modulators from a single, or few, control wires. Designing the phase modulators to be frequency dependent would allow for all modulators to be controlled froma single control wire with the phase modulating voltages superimposed. This scheme would allow for simultaneous and independent control of all modulators. This scheme is of particular importance for photonic systems operating at cryogenic temperatures where the cooling system imposes strict limitations on the number of control wires available. Many quantum optic schemes in silicon photonics are non-deterministic and require the use of feed-forward signals to correctly route heralded events. Single-photons in silicon photonics are generated through parametric processes that are non-deterministic, requiring the heralding of the idler photon through detection of the signal photon. Additionally, in order to reduce the chances of undesired multi-photon generation events the pump power is reduced, further reducing the likelihood of photon-pair production. In order to achieve pseudo-deterministic production of heralded single-photons multiple sources are multiplexed together such that a successful single-photon generation even at one source can be switched to the output. When completely integrated on chip, the short time available for switching the single-photon requires highly integrated and fast electronics. Design of this electronics architecture and the way in which it is integrated in a scalable manner requires additional research.
该博士学位的大部分内容将与大光子小组的乔什一起完成,研究用于硅中量子光学的电子和光子集成电路的可扩展集成。另一个项目将与 Jorge 一起开展,研究相位调制器的频率复用控制,以减少低温恒温器和芯片上的接线要求。这些项目都属于硅光子学可扩展性的旗帜,两位主管都渴望合作。光子集成电路(PIC)代表了经典和量子信息处理的一个有前途的平台。信息可以被编码成限制在 PIC 上光刻制造的波导内的光的不同属性。光的操纵以及编码信息通常是使用分束器和相位调制器来实现的。雷克等人。表明任何 NxN 酉运算都可以表示为使用简单的马赫-曾德尔干涉仪实现的 2x2 酉运算的某种线性组合。这些 Reck 方案以及芯片上量子态的其他大规模操纵将需要超过 1000 个相位调制器,因此需要许多相同数量的电气控制线。为了减少这种布线瓶颈,可以使用多路复用技术来允许从单根或几根控制线控制多个相位调制器。将相位调制器设计为与频率相关将允许通过叠加相位调制电压的单个控制线来控制所有调制器。该方案将允许同时且独立地控制所有调制器。该方案对于在低温下运行的光子系统特别重要,其中冷却系统对可用控制线的数量施加严格限制。硅光子学中的许多量子光学方案都是不确定的,需要使用前馈信号来正确路由预示事件。硅光子学中的单光子是通过非确定性的参数过程生成的,需要通过检测信号光子来预示闲置光子。此外,为了减少不期望的多光子生成事件的机会,泵浦功率被降低,进一步减少了光子对产生的可能性。为了实现所预示的单光子的伪确定性产生,多个源被复用在一起,以便即使在一个源处也可以将成功的单光子生成切换到输出。当完全集成在芯片上时,可用于切换单光子的短时间需要高度集成和快速的电子设备。这种电子架构的设计及其以可扩展方式集成的方式需要额外的研究。

项目成果

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知道了