Engineering Quantum Light in Integrated Photonic Platforms: From Solid-State Emitters to Programmable Quantum Dynamics

QC 20260518

Abstract

Kvantmekanik ger ljuset egenskaper som saknar klassisk motsvarighet - superposition, sammanflätning och icke-klassisk fotonstatistik, vilka kan utnyttjas som resurser för beräkning, kommunikation, avkänning och simulering. Efter decennier av grundläggande forskning kan kvanttillstånd av ljus nu genereras, manipuleras och mätas med tillräcklig precision för att deras icke-klassiska egenskaper inte längre är blotta kuriositeter, utan ingenjörsmässigt utnyttjbara resurser.

Integrerad fotonik erbjuder en lovande väg framåt. Genom att begränsa och leda ljus i litografiskt definierade vågledare på ett chip ersätter den sköra bulkoptiska uppställningar med kompakta, fasstabila och reproducerbara kretsar. Halvledarkvanttepunkter inbäddade i fotoniska nanostrukturer ger ljusstark, behovsstyrd enphotonsemission kompatibel med vågledareintegration, medan supraledande nanotråds enphotonsdetektorer ger den effektivitet och tidsprecision som kvantoptiska mätningar kräver. En särskilt kraftfull frontier är rekonfigurbarhet: programmerbara fotoniska kretsar vars funktionalitet definieras i mjukvara kan tjäna som mångsidiga kvantfotoniska processorer utan någon fysisk modifiering.

Denna avhandling presenterar arbete med att konstruera kvantljus längs hela kedjan av generering, kontroll och detektion med hjälp av integrerade fotoniska plattformar. Den täcker koherent kontroll av nanowire kvanttepunktsemittorer, generering av multipartita sammanflätade tillstånd på ett kiselnitridchip, samt användningen av programmerbara kisel-på-isolator-interferometrar som rekonfigurerbara kvantoptiska processorer för simulering av kvantsystem.

Link to DiVA