Перестраиваемый оптический чип, открывает путь для новых квантовых устройств

Исследователи создали карбида кремния (SIC) фотонная интегральная микросхема, которая может быть термически настроены путем применения электрического сигнала. Этот подход может быть использован для создания большого ассортимента реконфигурируемых устройств, таких как фаза-перевертыши и перестраиваемые оптические муфты необходимы для сетевых приложений и квантовой обработки информации.

Хотя большинство оптические и компьютерные чипы делают из кремния, наблюдается возрастающий интерес к Зю, потому что он показывает более лучшие тепловые, электрические и механические свойства, чем кремний, а также биосовместимых и работают на длинах волн от видимого до инфракрасного.

В оптическое общество (OSA) журнал Optics Letters, исследователи во главе с Али Adibi из Технологического института Джорджии деталь, как они интегрировались microheater и оптический прибор, называемый Маттек резонатор на микросхема Зю. Достижение является первым полностью интегрированным и термически перестраиваемый оптический переключатель Зю, который работает в ближнем инфракрасном диапазоне.

«Таких устройств, как мы покажем в настоящей работе, могут быть использованы в качестве строительных блоков для следующего поколения устройств квантовой обработки информации и создания биосовместимых датчиков и зондов», — сказал первый автор статьи Си Ву.

Зю является особенно привлекательным для квантовых вычислений и коммуникационных приложений, потому что он имеет дефекты, которые можно визуально управлять и манипулировать как квантовые биты, или кубиты. Квантовых вычислений и коммуникаций обещает быть значительно быстрее, чем традиционные вычислений при решении определенных проблем, поскольку данные кодируются в кубиты, которые могут быть в любой комбинации из двух государств одновременно, что позволяет многие процессы должны выполняться одновременно.

Вафл-уровня производства

Новая работа опирается на предыдущие разработки исследователей платформу под названием кристаллический Зю-на-изоляторе, которая преодолевает некоторые хрупкость и другие недостатки, о которых сообщалось ранее платформах Зю, обеспечивая простой и надежный путь для интеграции с электронными устройствами.

«Зю-на-изоляторе платформа наша группа впервые похож на кремний на изоляторе технология широко используется в полупроводниковой промышленности для различных применений,» сказал вентилятор Тяньжэнь, член исследовательской группы. «Это позволяет вафл-уровня производство устройства Зю, прокладывая путь к коммерциализации интегрированных фотонно-квантовой обработки информации растворов на основе SiC», — сказал Али А. Eftekhar, член исследовательской группы.

Полной мере использовать уникальные возможности новой платформы требуется развитие способности настраивать свои оптические свойства, так что одной микросхемы на основе структуры может использоваться, чтобы обеспечить различные функции. Ученые сделали это с помощью термо-оптический эффект, при котором изменение температуры материал изменяет свои оптические свойства, такие как показатель преломления.

Они начали изготовлять крошечные кольцевые оптические резонаторы, резонаторы или Маттек, используя кристаллический Зю-на-изоляторе технологии. В каждом из резонаторов, свет на определенных длинах волн, называется резонансной длины волны, бегущей по кольцу будет наращивать силы за счет конструктивной интерференции. Затем резонатор может быть использован для контроля амплитуды и фазы света в волноводе выполняется. Для создания перестраиваемого резонатора с высокой степенью контроля, исследователям производство электронагревателей на вершине microrings. Когда электрический ток применяется в комплексной microheater, локально повышает температуру Маттек Зю и таким образом изменяет его резонансной длины волны благодаря термо-оптический эффект.

Тестирование интегрированного устройства

Ученые проверили работу производство комплексного Маттек резонаторы и microheaters с применением различных уровнях электрической мощности, а затем измерения оптического пропускания волновода, соединенный с Маттек резонатор. Их результаты показали, что можно добиться качественных резонаторов с низким энергопотреблением тепловой перестройки через надежные устройства, которые могут быть изготовлены с использованием существующих полупроводниковых литейных процессов.

«В сочетании с другими уникальными функциями нашего кристаллического Зю-на-изоляторе платформы, эти высококачественные приборы основные требования для включения новых чип-шкала приборов, работающих в широком диапазоне длин волн», — сказал Али Adibi, лидер команды. «Этот чип-масштаб перестройки является крайне важным для выполнения квантовых операций, необходимых для квантовых вычислений и коммуникаций. Кроме того, из-за биосовместимости Зю, это может быть очень полезно для биосигналов в живом организме».

Исследователи теперь работают, чтобы построить элементы с кристаллической Зю-на-изоляторе платформы для квантовых фотонных схем, в том числе в чип-лазеров накачки, однофотонные источники и детекторы одиночных фотонов, которые могут быть использованы с Маттек перестраиваемый резонатор, чтобы создать полностью функциональные микросхемы для современных оптических квантовых вычислений.

Эта работа является результатом трех лет обширных исследований в формировании достоверной гибридная платформа с значительно улучшилось Зю свойства материала и использовать его для формирования инновационных устройств. Си Ву, вентилятор Тяньжэнь, и Али А. Eftekhar в исследовательской группе Али Adibi это огромный вклад в эту работу. Хесам Moradinejad, бывший член группы исследователь Adibi, также способствовали развитию платформы (опубликовано ранее). Эта работа была в первую очередь финансируются управлением Воздушных Сил научного исследования (AFOSR) грант количество FA9550-15-1-0342 (г. Pomrenke).

сделать разницу: спонсорские возможности