用于囚禁离子光子介导纠缠的集成光子结构

囚禁原子离子是量子信息处理的天然候选者，具有实现或改进量子计算、传感和网络的潜力。这些应用通常需要将离子发射的单个光子收集到导引光学模式中，在某些情况下用于在分离的离子之间产生纠缠。此类从囚禁离子收集光子的原理验证演示已使用高数值孔径透镜或腔体及单模光纤实现，但离子阱结构中的集成光子元件在可扩展性和可制造性方面优于传统光学。本文分析了与离子阱单片制造的结构，用于收集离子发射的光子、将其耦合到波导中并通过干涉进行操控。我们计算了该方案收集效率的几何限制，模拟了一种单层光栅，其性能与已演示的自由空间光学相当，并讨论了实际制造和保真度方面的考虑。基于此分析，我们得出结论：集成光子学可以支持可扩展的囚禁离子系统，通过光子介导的纠缠分发量子信息。