上述基线技术的性能仍然不足以实现有用的光子量子计算 。尤其是 ，硅波导导致了太多的繁殖损失 ，因此不可避免地需要复杂的渴望和渴望的调谐和高速光学切换来克服自发单光子源的内在非确定性 。
现在，我们描述了从几个过程流中得出的下一代技术平台中对更高绩效和进一步功能的一些关键发展。我们专注于先进的光子源 ，高效的光子分辨分辨率检测 ，低损失波导，高效率纤维纤维到芯片耦合以及芯片电上的电磁相变位器 。
光子源的关键性能指标是两光子干扰可见性和光子效率 。但是 ，必须解决其他特征 ，以使设备在有用的量子计算机的规模下运行。两个重要的考虑因素是驱动SFWM工艺所需的泵功率，而在低温温度下散发的热力可以控制和调整来源 。我们已经实施了同时解决这些方面的级联谐振源 。
该源包含几个耦合到单个总线波导的集成谐振器（图4A）。通过对谐振器 - BUS耦合的联合优化，谐振波长和泵光谱振幅 ，可以设计源的关节光谱强度。我们的24次谐振器设备的上限纯度为99.35％（补充信息） ，假设平坦的光谱相（图4B），而使用较小的泵功率较小的泵级比干深度耦合的源设计 。即使使用较低的n2 ，我们优化的级联谐振器源也会以大约100 pj的泵脉冲能量达到5％的概率 ，该泵脉冲能量在GHz重复速率下以可扩展的ERBIUM放大器的范围内 。
这个级联的谐振源以新的方式解决了无法区分的性。光子对的光谱由泵波长而不是设备的谐振波长固定 。因此，全局共振变化（例如 ，从制造变化出发）对来自不同设备产生的光子的光谱不可区分的影响最小 。图4C显示了两个源之间的无法区分性 ，这是共振转移的函数（补充信息）。使用热调谐器，我们将两个设备对齐到最佳操作点 ，并将受控的全局共振转移到一个级联的谐振源 ，以模拟制造变化的影响 。在此实施中，我们在±400-pm的共振窗口上实现了> 99％的两源不可区分性 ，而单圈源则小于±40 pm 。级联谐振器对设备对设备的全局波长变化的内置耐受性 ，以及最新的制造控制，可以实现无调的无法区分的光子源。
前面提出的波导集成的单光子检测器，尽管具有变革性 ，但缺乏FBQC所需的光子数分解能力 。在检测中区分低光子数量的能力 ，并在该信息上进行预言，允许去除SFWM源中产生的高阶光子数状态 ，以及在基于融合的纠缠状态生成和计算中识别不需要的事件21 。
如图4D所示 ，许多SNSPD样检测器元件的空间多重33可用于组装具有有效光子数分辨率的可扩展检测器。在这些PNRD中，检测到的光子的数量与检测器输出电压的振幅大致成正比 。为了验证这一概念 ，我们产生了具有4个和5个单位细胞的波导集成的PNRD ，其性能最佳的设计产生了98.9％（中位数）和96.2％±4.3％（平均值）（补充信息）（补充信息）（图4E）的最佳性能 。这些检测器具有解析0 、1 、2、3和4+光子的能力，如图4F的直方图（补充信息）所示。
硅启用硅在波导传播损失中受到限制 ，由于其较大的折射率对比度34。另一方面 ，SIN波导具有较低的折射率对比度，在限制和对制造变化的敏感性之间提供了良好的妥协34 。我们已经证明了单模为1.8±0.2 dB M-1的单模SIN波导损失 ，多模词波导损耗为0.5±0.3 dB M-1（图5A） ，使用切割技术（补充信息）测量 。在同一平台中，我们实施了具有1.2±0.4 MDB损耗和波导拆分器的波导交叉口，并具有0.5±0.2 MDB损耗（补充信息）（补充信息）（图5B）。这些组件损失距离我们的目标值约两倍 ，而波导损失却在目标上 。
罪还为光子生成提供了优势 。超级损失与其Kerr非线性相结合 ，支持具有高信噪比的SFWM。此外，与硅不同的损失没有非线性损失 ，使源可以在高损耗下以低损失的速度运行 ，与硅相比，两光子的吸收降低了性能35 。
从光纤到我们的量子光子芯片的光耦合以使纤维网络实用 。我们实施新的边缘耦合器设计 ，以最大程度地减少模式重叠和模式转换损失 ，从而实现高性能纤维到芯片耦合。一个关键的挑战是将高度限制的片上波导模式转换，以匹配更大的光纤模式 。为了测量边缘耦合器的插入损失 ，使用高精度光对齐阶段在输入和输出光纤之间定位芯片 。图5C显示了我们两种最佳芯片到纤维耦合器设计的重复测量结果 ，并耦合到标准电信级级光纤（SMF-28）为127±18 MDB的耦合损失，并损失了52±12±12 mdb的高数量光圈纤维（UHNA4）。
为了克服自发源和融合门的内在非决策性 ，光子量子计算将需要超出状态的高速光学开关 ，以实现可以基于先前的先前发明光子产生的结果，融合了g gefusion and Fusion and fusion ant Comeses18的大型光学网络 。这种切换网络所需的关键组件是高速，低损坏的电声相变 。可以通过将该相变器嵌入由梁分离器和先前描述的跨设备构建的被动干涉仪中来构建复杂的N×M网络。
相位变速器的性能从根本上受到电形材料的选择来限制。我们将BTO36纳入光子堆栈中 ，作为电光相变 。我们已经开发了一个专有过程 ，用于使用分子束外延，与铸造过程兼容的分子束外延 ，在全300毫米的硅晶片上兼容 。我们达到了3σ的厚度均匀性 <3% across the entire 300-mm wafer, with electro-optic Pockels values of >1,000 pm v-1（与Niobate37锂的30 pm V-1相比） ，通过自由空间的测量值测量（图5D）。
制造的2×2 BTO Mach-Zehnder开关包括一个长2毫米的相变截面，传播损失为53±3 dB M-1（图5F）和D.C.vπl为0.62 v.cm（图5G和补充信息） 。这给出了大约100 MDB的相变插入损耗 ，并且相位变速器半波损耗电压产物（αVπl）为0.33±0.02 dB.V ，为构建较大的N×M低损耗开关网络所需的途径 。该设备的插入损失距离我们的目标值约两倍。
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