大规模量子技术需要对许多单个量子系统进行精细控制。通常，这种系统对环境波动非常敏感，并且通过测量诊断误差会导致不可避免的扰动。在这项工作中，研究人员提出了一种原位频率锁定技术，该技术可以监测和校正基于微环谐振器的单光子源中的频率变化。通过使用光子产生所需的相同经典激光场作为探测器来诊断谐振器频率的变化，该协议应用反馈控制来校正与光量子计算并行的光子频率误差，而不会干扰物理量子位。研究人员在硅光子器件上实现了该技术，并在施加环境噪声的情况下演示低于1 pm的频率稳定性，对应于光子线宽<1％的分数频率漂移。使用这些方法，研究人员演示了反馈控制的量子态工程。通过在单个芯片或芯片网络上分配单个本地振荡器，该方法可以对许多单光子源进行频率锁定，从而实现大规模光子量子技术。
 

图1.提出原位光子源稳定的架构。（a）泵浦场耦合到基于克尔的谐振器结构中，该谐振器结构通过自发的四波混频产生相关光子。通过光电二极管监测泵浦场，光电二极管被反馈到谐振器上以稳定中心频率。通过在整个芯片上分布单个泵（本地振荡器，LO），可以并行锁定数千个谐振器以实现大规模量子信息处理（QIP）。（b）单个微环谐振器的透射光谱。泵浦激光器被调谐到环的??-1和??+ 1共振，以在共振时产生两个单光子。（c）光电二极管测量初始光功率（1）; 如果MRR的谐振由于热波动而移位，则泵模式中的功率增加（2），然后通过环形移相器（3）上的闭环反馈来校正。

图2.量子态工程光子器件。（a）硅光子器件的光学显微照片，其中包括五个热光控制的移相器和四个微环谐振器（两个用于光子发生，两个用于泵浦抑制），仅0.08 mm2。 标记的组件代表量子态工程所需的五个阶段：（1）定向耦合器上的泵混合，（2）两个MRR中的光子产生，（3）两个另外的MRR中的部分泵抑制，（4）差分相移，以及 （5）用于量子干涉的最终定向耦合器。 （b）两个环的光学光谱仪，与预期的配合一致，对准1565nm。

图3.静态和动态反馈校正。（a）62个静态频率反馈校正实例的平均值，每个运行的初始猜测电压随机且独立选择（见文本）。阴影区域代表±1σ。在泵浦激光器设置为所需的对准频率λ0=1565nm的情况下，每一代MRR上的电压被优化以最小化两种输出模式中的光功率之和。（b）在所有62个对准方案期间，每一代MRR的电压平均变化。溶液电压不仅在MRR（由于制造变化引起的静态偏移）之间变化，而且在实验过程中由于实验室条件的系统变化而变化。（c）在没有动态稳定的情况下，在1小时的过程中MRR的光谱图作为施加的热噪声（插图）的函数。通过调谐辅助激光器并测量光电二极管上的输出功率来拍摄光谱仪。给定相同的应用噪声模型，底部曲线显示了应用动态频率稳定时中心谐振的变化。误差条由共振拟合中的误差给出。（d）MRR的光谱仪作为电压施加到相邻的热光移相器。热串扰导致MRR的谐振发生移位，否则移相器应该保持不接触。底部曲线显示了应用动态频率稳定时的变化。在每种情况下，动态稳定性使共振稳定性增加两个数量级。

图4.量子态工程。（a）符合计数率作为微分相电压的平方的函数绘制，具有（蓝色）和没有（红色）频率稳定，以及正弦拟合（浅蓝色）。 已经针对检测器通道低效率标准化，并且误差条假设泊松计数统计。与未锁定的相比，可以清楚地观察到锁定的边缘中的对称性。（b）当应用频率锁定时，在差分相位扫描过程中MRR控制电压的变化。（c）将重合计数率绘制为每个环的输入功率（蓝点）和基于纯四波混合过程（浅蓝色线）的预期二次相关性的函数。

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