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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3770| Generación y manipulación de estados de fotón individual por medio de procesos no-lineales en dispositivos fotónicos integrados Generation and manipulation of single-photon states by nonlinear processes on integrated photonic devices | |
| ANA LUISA AGUAYO ALVARADO | |
| KARINA GARAY PALMETT Wencel José de la Cruz Hernández | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Dispositivos fotónicos integrados, compuertas cuánticas, modos temporales, óptica no lineal Photonic integrated devices, quantum gates, temporal modes, nonlinear optics | |
| En procesamiento de información cuántica se requieren sistemas cuánticos que permitan codificar y procesar la mayor cantidad de información posible de la manera más eficiente y en medios escalables. La generación de cúbits de color, superposición de dos posibles frecuencias en las que puede estar un estado de fotón individual, expresados en la base de modos temporales cumple lo anterior. En este trabajo de tesis se presenta el diseño de una compuerta cuántica de un solo cúbit de modos temporales, integrada en un dispositivo fotónico con gran potencial para ser fabricado en las instalaciones disponibles en el grupo de trabajo. El diseño consiste de dos etapas, en la primera se genera un estado de fotón individual anunciado por medio del proceso no lineal de tercer orden de mezclado de cuatro ondas espontáneo (SFWM); en la segunda se implementa una compuerta cuántica de modos temporales basada en el proceso no lineal de tercer orden de generación de diferencia de frecuencias (DFG), la cual traslada en frecuencia al fotón individual para formar así un cúbit de color, el cual puede ser posteriormente rotado por toda la esfera de Bloch, ente matemático para representar cúbits en la base computacional. Para llevar a cabo este proyecto se desarrolló un modelo teórico que describe a la compuerta y se implementaron rutinas numéricas con las que se hace una búsqueda para encontrar los parámetros de diseño que en su conjunto arrojen la fidelidad más alta para la compuerta (con la fidelidad siendo una métrica que compara al estado generado con relación al estado ideal). Se realizaron simulaciones para estimar qué tanto afectan a la fidelidad los errores que se pueden dar en la fabricación, lo que arrojó que, pese a que la fidelidad se puede ver grandemente afectada cuando los parámetros del diseño cambian, es posible regresar a altos valores si se sintonizan las longitudes de onda de los campos involucrados, de tal manera que se siga cumpliendo el empatamiento de fases simultáneo para SFWM y DFG. Esto viene a dar robustez a nuestra propuesta, puesto que siempre van a existir diferencias entre los diseños y las muestras fabricadas. Por otro lado, se mostró que es posible generar cualquier rotación de un cúbit en la esfera de Bloch solo modificando parámetros externos al dispositivo, lo cual le da una gran flexibilidad a este diseño inclusive para ser usado en otras aplicaciones. La propuesta presentada en este trabajo se basa en una plataforma de silicio sobre la ... In quantum information processing, quantum systems must encode and process the highest quantity of information efficiently and on scalable media.The generation of color qubits - superpositions of two possible frequencies for a single-photon state - expressed in the temporal-mode basis leads to coding more information than on the polarization basis. Their integration in quantum-photonics chips allows us to get a scalable system. This thesis work presents a design for a single-qubit quantum gate of temporal modes in an integrated quantum-photonic device with great potential to be manufactured in the available facilities for the working group. The design consists of two stages: first, a heralded single-photon state is generated by the third-order nonlinear process of spontaneous four wave mixing (SFWM); in the second stage, a temporal mode quantum gate, based on the third-order nonlinear process of difference frequency generation (DFG) is implemented, which frequency translates the single-photon to create a color qubit. Such a qubit can be rotated all around the Bloch sphere, mathematical entity to represent qubits in the computational basis. For designing, a theoretical model was developed that describes the quantum gate, and numerical routines were implemented to find the design parameters that give the gate’s highest fidelity (with fidelity a metric that compares the generated state in relation with the ideal state). Also, simulations were performed to estimate how the errors in the fabrication process can affect the fidelity values. It was found that, although the fidelity was greatly affected when the design parameters changed, it is possible to recover high values if the wavelengths of the involved fields are tuned in such a way that the simultaneous phase matching of SFWM and DFG still matches. This study gives robustness to our design since differences will always exist between the theoretical designs and the experiment. On the other hand, it was demonstrated that it is possible to generate any rotation of the qubit in the Bloch sphere by only changing some parameters external to the device, which gives the design enormous flexibility even to be used for other applications. This work is based on a platform of silicon on which a silicon dioxide thin film is grown by thermal oxidation; the waveguides are made of silicon nitride (Si3N4) deposited by radio frequency reactive sputtering and are manufactured by lithographic techniques. | |
| CICESE | |
| 2022 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Aguayo Alvarado, A.L. 2022. Generación y manipulación de estados de fotón individual por medio de procesos no-lineales en dispositivos fotónicos integrados. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 109 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| tesis_Ana Luisa Aguayo Alvarado_05 oct 2022.pdf | Versión completa de la tesis | 20.06 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |