Главная Каталог статей Физика Физика и технология наноструктур, атомная и молекул

Обзор электрооптических модуляторов в квантовых оптических интегральных схемах

Авторы: Желтиков В.А., Пасечникова Д.В., Хыдырова Селби
Опубликовано в выпуске: #5(70)/2022
DOI: 10.18698/2541-8009-2022-5-798
Раздел: Физика \| Рубрика: Физика и технология наноструктур, атомная и молекул
Ключевые слова: квантовая оптическая интегральная схема, фотонный кубит, модулятор, электрооптический эффект, фазовая пластина, интерферометр Маха — Цендера, направленный ответвитель, поляризатор
Опубликовано: 24.06.2022

Описаны способы кодирования информации в фотонном квантовом компьютере за счет модуляции характеристик фотонов. Подробно рассмотрены основанные на эффектах электрооптики элементы квантовых оптических интегральных схем, которые позволяют изменять интенсивность, поляризацию и фазу световой волны. Составлена классификация данных элементов по типу модуляции, описаны их устройство, материалы для изготовления и электрооптические эффекты, положенные в основу принципа работы модуляторов. Выявлено, какие из элементов имеют лучшие характеристики и наиболее просто реализуются в КОИС. Найдены проблемы, с которыми возможно столкнуться при практической реализации данных элементов.

Литература

[1] Юнусов Р. Что надо знать о квантовых вычислениях. trends.rbc.ru: веб-сайт. URL: https://trends.rbc.ru/trends/industry/605aff4d9a79473f1b5733b1 (дата обращения: 15.05.2022).

[2] Understanding quantum computing. microsoft.com: веб-сайт. URL: https://docs.microsoft.com/en-us/azure/quantum/overview-understanding-quantum-computing (дата обращения: 15.05.2022).

[3] Что такое закон Мура простыми словами. future2day.ru: веб-сайт. URL: https://future2day.ru/zakon-mura/ (дата обращения: 15.05.2022).

[4] Бетеров И.И. Квантовые компьютеры на основе холодных атомов. Автометрия, 2020, № 4, с. 3–11. DOI: http://dx.doi.org/10.15372/AUT20200401

[5] Беседин И.С., Федоров Г.П., Рязанов В.В. Разработка сверхпроводящих кубитов в России. Квантовая электроника, 2018, № 10, с. 880–885.

[6] Takesue H., Matsuda N., Kuramochi E. et al. An on-chip coupled resonator optical waveguide single-photon buffer. Nat. Commun., 2013, vol. 4, art. 2725. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms3725

[7] Сидоров Д.И. Термооптические коэффициенты пленок, полученных из плазмы кислорода и гексаметилдисилазана. Вестник Пермского университета. Сер. Физика, 2015, № 3, с. 69–73.

[8] Палашов О.В., Старобор А.В. Ячейка Поккельса для мощного лазерного излучения. Патент РФ 2621365. Заявл. 22.0.2016, опубл. 02.06.2017.

[9] Басиладзе Г.Д. Магнитооптический модулятор интенсивности света. Патент РФ 161388. Заявл. 11.01.2016, опубл. 20.04.2016.

[10] Табарин В.А., Потоцкий А.Ю., Иванова Н.А. Двухтактный фарадеевский модулятор лазерного излучения. Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика, 2015, № 2, с. 69–74.

[11] Скляров О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи. СПб., Лань, 2018.

[12] Нойкин Ю.М. Физические основы оптической связи. Ростов-на-Дону, ЮФУ, 2011.

[13] Simili V., Cada M., Pistora J. Silicon slot waveguide electro-optic Kerr effect modulator. IEEE Photon. Technol. Lett., 2018, vol. 30, no. 9, pp. 873–876. DOI: https://doi.org/10.1109/LPT.2018.2823080

[14] Bottenfield C.G., Thomas V.A., Ralph S.E. Silicon photonic modulator linearity and optimization for microwave photonic links. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 2019, vol. 25, no. 5, art. 3400110. DOI: https://doi.org/10.1109/JSTQE.2019.2908784

[15] Салех Б., Тейх М. Оптика и фотоника. Принципы и применения. Долгопрудный, Интеллект, 2012.

[16] Электрооптические материалы. extxe.com: веб-сайт. URL: https://extxe.com/14320/jelektroopticheskie-materialy/ (дата обращения: 20.05.2022).

[17] Eltes F., Mai C., Caimi D. A BaTiO3-based electro-optic Pockels modulator monolithically integrated on an advanced silicon photonics platform. J. Light. Technol., 2019, vol. 37, no. 5, pp. 1456–1462. DOI: https://doi.org/10.1109/JLT.2019.2893500

[18] Петров В.М., Шамрай А.В. СВЧ Интегрально-оптические модуляторы. Теория и практика. СПб., ИТМО, 2021.

[19] Патрушева Т. Н. Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей. Красноярск, СФУ, 2015.

[20] Amin R. et. al. 0.52 V mm ITO-based Mach-Zehnder modulator in silicon photonics. APL Photonics, 2018, vol. 3, no. 12, art. 126104. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5052635

[21] Dingel B., Madamopooulos N., Prescod A. Adaptive high linearity intensity modulator for advanced microwave photonic links. In: Optical communication technology. IntechOpen, 2017. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.69262

[22] Векшин М.М. Исследование и моделирование поляризационных волноводных элементов микро- и нанофотоники. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Краснодар, КГУ, 2019.

[23] Xu P., Zheng J., Doylend J.K. et al. Low-loss and broadband nonvolatile phase-change directional coupler switches. ACS Photonics, 2019, vol. 6, no. 2, pp. 553–557. DOI: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.8b01628

[24] Kim J.T., Choi C.G. Graphene-based polymer waveguide polarizer. Opt. Express, 2012, vol. 20, no. 4, pp. 3556–3562. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.20.003556

[25] Zhang S., Li Z., Xing F. Review of polarization optical devices based on graphene materials. Int. J. Mol. Sci.., 2020, vol. 21, no. 5, art. 1608. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21051608

[26] Eichler H., Eichler J., Lux O. Lasers. Basics, advances and applications. Springer, 2018.

[27] Макаров М.Э., Барабаненков М.Ю., Итальянцев А.Г. Модулятор интенсивности на основе полоскового Si волновода КНИ структуры, нагруженного брэгговским зеркалом. Электроника и микроэлектроника СВЧ, 2018, т. 1, с. 534–538.

[28] Agrawal G.P. Applications of nonlinear fiber optics. Academic Press, 2020.

[29] Попков А.Ю. Влияние электрофизических и геометрических параметров на частотные характеристики полосковых направленных ответвителей со слабой связью. Дисс. … канд. техн. наук. Томск, ТУСУР РАН, 2016.