在商用 45nm 互补金属氧化物半导体微电子芯片中生成的量子相关光子对
光学
2015-07-28 v2 量子物理
摘要
相关光子对是量子光子系统的基本构建单元。虽然光子对源此前已集成于采用定制光子制造工艺构建的硅芯片上，但这些工艺通常仅利用了微电子制造中已确立技术的一小部分，且尚未集成到同时支持电子学的工艺中。在此，我们首次报道了在采用未修改的先进（亚 100nm）互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造的器件中生成量子相关光子对，该器件与数百万个正常工作的晶体管共存。微环谐振器光子对源形成于晶体管层结构中，其谐振器核心由通常用于晶体管主体的硅层构成。在 5 W 至 400 W 的超低连续波片上泵浦功率下，我们利用效率 >80% 的 WSi 超导纳米线单光子探测器展示了 165 Hz 至 332 kHz 之间的光子对生成率。测量到的符合与偶然比持续超过 40，最高达 55。在表征该光源的过程中，我们还根据经典四波混频测量的结果准确预测了光子对生成率。这一原理验证性器件展示了商用 CMOS 微电子作为先进量子光子平台的潜力，该平台具备大批量生产和严格工艺控制的能力，且最先进的高速数字电路可与量子光子电路相互作用。
引用
@article{arxiv.1507.01121,
title = {Quantum-correlated photon pairs generated in a commercial 45nm complementary metal-oxide semiconductor microelectronics chip},
author = {Cale M. Gentry and Jeffrey M. Shainline and Mark T. Wade and Martin J. Stevens and Shellee D. Dyer and Xiaoge Zeng and Fabio Pavanello and Thomas Gerrits and Sae Woo Nam and Richard P. Mirin and Miloš A. Popović},
journal= {arXiv preprint arXiv:1507.01121},
year = {2015}
}