量子发射体与表面等离激元极化激元的确定性耦合、Purcell 增强不可分辨单光子产生及量子信息处理

集成光子电路是全光和片上量子信息处理及量子计算机不可或缺的组成部分。纳米等离激元电路中确定性集成的单光子源，使得超越衍射极限运行的高密度可扩展量子逻辑电路成为可能。在此，我们报告了单光子源到等离激元波导的耦合效率、特征透射光谱、传播长度、衰变长度以及等离激元 Purcell 因子。我们模拟了透射光谱，以寻找金属-介质-金属波导中不同介质宽度对应的合适波长。我们发现，当 Al$_{2}$O$_{3}$ 介质宽度等于 140 nm 时，最大传播长度为 3.98 $\mu$m，耦合效率大于 82 \%。等离激元 Purcell 因子被发现与介质宽度 (w) 成反比，在 w 等于 1 nm 时高达 31974。我们还计算了光子的量子特性（如不可分辨性），并发现如果单光子源被确定性耦合，其不可分辨性可以通过等离激元纳米腔得到增强。我们进一步提出了一种基于等离激元电路和马赫-曾德尔干涉仪的可扩展金属-介质-金属波导量子逻辑电路。