- IQP 正在成为量子计算的可行替代方案
- 量子源、波导和调制器等领域的研究使这成为可能
- 与 CMOS 技术的兼容意味着工业可扩展性将更加容易
量子光子学的基本组成部分
IQP 系统的基本组成部分包括：
- 来源（例如腔体中的 QD）
- 波导
- 定向耦合器（分束器）
- 调节器
探测器
Lumerical 量子光子学
这里我们展示了如何使用各种Lumerical模块来设计 IQP 组件。我们重点关注：
- 光子晶体（PC）设计：
- 嵌入 PC 的 QD 是单光子的常用来源
- Q 因子计算
- 波导设计包括损耗分析
- 计算弯曲损耗
- 调制器分析
- 使用 CHARGE 计算电荷分布
- 使用 MODE 计算不同电荷分布的折射率变化
- 波导中频率转换的分析
- 分析波导中的频率转换
- 分析温度引起的色散
- 计算不同温度下的转换效率
使用 Lumerical 的光子晶体 (PC) 设计
- 嵌入 PC 腔中的量子点是最受欢迎的单光子源之一
- Lumerical FDTD 可用于计算此类腔体的 Q 因子
- 可以通过分析时间信号来计算 Q 值，尤其是对于高 Q 值腔体
采用 Lumerical 的环形谐振腔设计
- 另一种流行的架构是环形谐振腔架构
- Lumerical FDTD 可用于利用时间信号衰减计算此类腔体的 Q 因子
- 可以在输入端口启动波导模式，并且可以在引出端口和通过端口测量传输。通过改变环的半径，可以改变谐振频率
波导设计和损耗分析
MODE 可用于：
- 利用n_eff和 loss等信息计算波导的各种模式
- 执行频率扫描来计算不同波长下特定模式的有效指数
- 通过计算具有一定半径的弯曲的模式有效指数和损耗/厘米来计算弯曲损耗。这里我们看到的是弯曲半径为 1.5 微米的损耗。
- 计算波导弯曲部分和直部分之间的模式重叠。弯曲损耗计算时必须考虑到这一点。在这里，我们看到直波导模式和弯曲半径为 10um 的模式的重叠积分为 0.9957。
调制器
- 在这里我们演示如何使用Lumerical CHARGE建模 PN 调制器
- CHARGE 可用于计算施加不同电场值的电荷密度
- 电荷密度的变化会改变波导的折射率，从而导致传播模式发生相位变化
- 在这里我们演示如何使用Lumerical CHARGE建模 PN 调制器
- CHARGE 可用于计算不同电压下的电容
- 该电容提供了有关调制器使用速度的信息
- CHARGE 可以导出获得的电荷分布，MODE 解决方案可以使用它来计算不同电压下的基本模式特性
测量调制过程中的相位变化
INTERCONNECT 可用于测量使用设计的调制器的相位变化。MODE 解决方案可用于导出不同电压的有效折射率。这可以导入 INTERCONNECT 以计算不同电压的调制。
Lumerical用于频率转换
许多 IQP 协议使用频率转换来生成光子。例如，在铌酸锂中，Lumerical (MODE) 可用于计算基波和 SHG (二次谐波) 模式如何随温度变化。
使用Sellmeier系数模拟不同温度下铌酸锂的折射率，我们可以获得不同温度下基波 ( tel ) 和 SHG ( nir )的模式色散
利用色散数据，我们可以找到不同温度下与基波波长相匹配的相位。我们发现，随着温度升高，基波波长会向更高的值偏移。
