Suppression law of quantum states in a 3D photonic fast Fourier transform chip

The identification of phenomena able to pinpoint quantum interference is attracting large interest. Indeed, a generalization of the Hong–Ou–Mandel effect valid for any number of photons and optical modes would represent an important leap ahead both from a fundamental perspective and for practical applications, such as certification of photonic quantum devices, whose computational speedup is expected to depend critically on multi-particle interference. Quantum distinctive features have been predicted for many particles injected into multimode interferometers implementing the Fourier transform over the optical modes. Here we develop a scalable approach for the implementation of the fast Fourier transform algorithm using three-dimensional photonic integrated interferometers, fabricated via femtosecond laser writing technique. We observe the suppression law for a large number of output states with four- and eight-mode optical circuits: the experimental results demonstrate genuine quantum interference between the injected photons, thus offering a powerful tool for diagnostic of photonic platforms.

L'identificazione dei fenomeni in grado di individuare interferenza quantistica sta attirando grande interesse. In effetti, una generalizzazione degli effetti Hong-Ou-Mandel valida per qualsiasi numero di fotoni e modi ottici rappresenterebbe un salto importante vantaggio sia dal prospettiva fondamentale che per applicazioni pratiche, come la certificazione di dispositivi quantistici fotonici, il cui aumento di velocità di calcolo è prevista a dipendere in modo critico interferenza multi-particelle. Le caratteristiche quantistiche distintive sono stati previste per molte particelle iniettate in interferometri multimodali di attuazione la trasformata di Fourier su i modi ottici. Qui sviluppiamo un approccio scalabile per la con la matrice di Fourier algoritmo utilizzando tridimensionali interferometri fotonici integrati, fabbricato tramite tecnica di scrittura laser a femtosecondi. Osserviamo la legge di soppressione di un gran numero di stati di uscita con circuiti quattro e otto modi ottici: i risultati sperimentali dimostrano interferenza quantistica vera e propria tra i fotoni iniettati, in tal modo offrendo uno strumento potente per la diagnostica delle piattaforme fotoniche