シリコン窒化物チップ上での近退直交スクイーズ真空発生

Near-Degenerate Quadrature-Squeezed Vacuum Generation on a Silicon-Nitride Chip.

• Yun Zhao
• Yoshitomo Okawachi
• Jae K Jang
• Xingchen Ji
• Michal Lipson
• Alexander L Gaeta

抄録

スクイーズ状態は、連続可変（CV）量子情報処理のための主要な資源である。CVプロトコルをスケーラブルかつロバストな方法で実装するためには、統合フォトニクスプラットフォームを用いてスクイーズ状態を生成し、操作することが望ましい。このレターでは、小型フットプリントの窒化シリコンマイクロレゾネータを用いて、デュアルポンプ式4波混合プロセスを用いて、高周波キャリアのサイドバンドでのスクイーズ状態の生成を実証している。スクイーズされたノイズレベルは光電流ショットノイズ以下の1.34dB(±0.16dB)であり、これはチップ上での3.09dB(±0.49dB)の直交スクイーズに相当する。また、このシステムで発生するスクイーズを適切に予測するためには、ポンプ場の非線形挙動を考慮することが重要であることを示しています。この技術は、普遍的な量子コンピューティングを含む量子情報アプリケーションに利用可能な大規模なCVクラスター状態の生成と操作に向けた重要な一歩となります。

Squeezed states are a primary resource for continuous-variable (CV) quantum information processing. To implement CV protocols in a scalable and robust way, it is desirable to generate and manipulate squeezed states using an integrated photonics platform. In this Letter, we demonstrate the generation of quadrature-phase squeezed states in the radio-frequency carrier sideband using a small-footprint silicon-nitride microresonator with a dual-pumped four-wave-mixing process. We record a squeezed noise level of 1.34 dB (±0.16  dB) below the photocurrent shot noise, which corresponds to 3.09 dB (±0.49  dB) of quadrature squeezing on chip. We also show that it is critical to account for the nonlinear behavior of the pump fields to properly predict the squeezing that can be generated in this system. This technology represents a significant step toward creating and manipulating large-scale CV cluster states that can be used for quantum information applications, including universal quantum computing.