金刚石光子集成电路中的集成光力学与单光子探测

量子计算机和量子模拟器的发展有望为当前经典计算机无法解决的问题提供解决方案。寻找此类技术的最佳物理实现是重要的研究课题，利用光学效应是通向该目标的有前途途径。理论上表明，仅使用单光子源和探测器以及线性光学电路即可实现光学量子计算。此类量子光学电路的实验实现需要稳定、鲁棒且可扩展的架构。这可通过光子集成电路（PICs）形式的器件小型化实现。因此，开发用于此类PICs的合适材料平台可能对未来技术产生重大影响。金刚石在此是一种特别有吸引力的材料，因为它天然提供一系列光学活性缺陷，可作为单光子源、量子存储器或传感器元件。除优异的光学性质外，金刚石还具有非常高的杨氏模量，这对光力学很重要，并可用于潜在快速低损耗地调谐制备后的PICs。本工作中，开发了用于未来量子光学电路的组件。这包括首个金刚石光力学元件，以及首个金刚石材料平台上的集成单光子探测器。实现了具有高品质因子的金刚石微机械谐振器，并展示了通过光梯度力和静电力对其的驱动。所实现的超导纳米线单光子探测器在低时序抖动、高探测效率和低噪声等效功率方面表现出优异性能。此外，提出了一种从高质量单晶金刚石制备PICs的新型可扩展方法。