가시광 양자 포토닉을 위한 저손실 실리콘 질화물 플랫폼

대규모 포토닉 양자 컴퓨팅 구현을 위해서는 초저손실과 더불어 빠르고 저전력이며 낮은 이력 현상과 낮은 혼선 재구성 기능을 갖춘 집적 회로가 필수적입니다. 특히 단일 광자원 및 양자 메모리 등 많은 양자 자원 상태 생성기가 작동하는 가시광 영역에서는 이러한 요구 사항을 충족하기가 매우 어렵습니다. 저구속 실리콘 질화물 도파관은 필요한 손실 성능을 제공하지만, 기존의 열광학 변조기는 상당한 정적 전력을 소모하여 열적 혼선을 유발하고 극저온 작동을 방해합니다. 가시광 영역의 압전-광기계 회로는 이러한 단점을 피할 수 있지만, 기존 연구들은 35-100 dB/m의 전파 손실을 가진 고구속 도파관이나 파운드리 호환이 불가능한 PZT(티탄산 지르콘산 납)를 사용하는 저구속 플랫폼에 의존해왔습니다. 본 연구에서는 CMOS 파운드리에서 제작된 저구속 실리콘 질화물 플랫폼에 압전-광기계 구동 방식을 결합했습니다. 그 결과, 780 nm에서 2.6 dB/m의 낮은 전파 손실, 메가헤르츠(MHz) 스케일의 변조 대역폭, 2.8 V·m의 반파장 전압-길이 곱, 그리고 무시할 만한 이력 현상을 달성했습니다. 또한, 스파이럴 위상 변환기당 0.63 dB의 손실을 가진 재구성 가능한 Mach-Zehnder 간섭계를 시연했습니다. 이러한 성과는 가시광 영역에서 심층적이고 능동적으로 재구성 가능한 양자 포토닉 회로를 구현하는 데 중요한 발판을 마련하여, 향후 대규모 양자 컴퓨팅 기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.