Engineering Quantum Light in Integrated Photonic Platforms: From Solid-State Emitters to Programmable Quantum Dynamics
2026 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Quantum mechanics endows light with properties that have no classical analogue - superposition, entanglement, and non-classical photon statistics, that can be harnessed as resources for computing, communication, sensing, and simulation. After decades of foundational research, quantum states of light can now be generated, manipulated, and measured with sufficient precision that their non-classical properties are no longer merely curiosities, but engineerable resources.
Integrated photonics offers a compelling path forward. By confining light in lithographically defined waveguides on a chip, it replaces fragile bulk optical assemblies with compact, phase-stable, and reproducible circuits. Semiconductor quantum dots embedded in photonic nanostructures provide bright, on-demand single-photon emission compatible with waveguide integration, while superconducting nanowire single-photon detectors provide the efficiency and timing precision that quantum optical measurements demand. A particularly powerful frontier is reconfigurability: programmable photonic circuits whose functionality is defined in software can serve as versatile quantum photonic processors without any physical modification.
This dissertation presents work on engineering quantum light across the full chain of generation, control, and detection using integrated photonic platforms. It covers coherent control of nanowire quantum dot emitters, generation of multipartite entangled states on a silicon nitride chip, and the use of programmable silicon-on-insulator interferometers as reconfigurable quantum optical processors for simulating quantum systems.
Abstract [sv]
Kvantmekanik ger ljuset egenskaper som saknar klassisk motsvarighet - superposition, sammanflätning och icke-klassisk fotonstatistik, vilka kan utnyttjas som resurser för beräkning, kommunikation, avkänning och simulering. Efter decennier av grundläggande forskning kan kvanttillstånd av ljus nu genereras, manipuleras och mätas med tillräcklig precision för att deras icke-klassiska egenskaper inte längre är blotta kuriositeter, utan ingenjörsmässigt utnyttjbara resurser.
Integrerad fotonik erbjuder en lovande väg framåt. Genom att begränsa och leda ljus i litografiskt definierade vågledare på ett chip ersätter den sköra bulkoptiska uppställningar med kompakta, fasstabila och reproducerbara kretsar. Halvledarkvanttepunkter inbäddade i fotoniska nanostrukturer ger ljusstark, behovsstyrd enphotonsemission kompatibel med vågledareintegration, medan supraledande nanotråds enphotonsdetektorer ger den effektivitet och tidsprecision som kvantoptiska mätningar kräver. En särskilt kraftfull frontier är rekonfigurbarhet: programmerbara fotoniska kretsar vars funktionalitet definieras i mjukvara kan tjäna som mångsidiga kvantfotoniska processorer utan någon fysisk modifiering.
Denna avhandling presenterar arbete med att konstruera kvantljus längs hela kedjan av generering, kontroll och detektion med hjälp av integrerade fotoniska plattformar. Den täcker koherent kontroll av nanowire kvanttepunktsemittorer, generering av multipartita sammanflätade tillstånd på ett kiselnitridchip, samt användningen av programmerbara kisel-på-isolator-interferometrar som rekonfigurerbara kvantoptiska processorer för simulering av kvantsystem.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2026. , p. 93
Series
TRITA-SCI-FOU ; 2026:09
Keywords [en]
quantum photonics, integrated photonics, single-photon sources, quantum dots, spontaneous parametric down-conversion, superconducting nanowire single-photon detectors, entanglement, quantum simulation, open quantum systems, programmable photonic circuits
Keywords [sv]
kvantefotonik, integrerad fotonik, enfotonstämmor, kvanttprickar, spontan parametrisk nerkonvertering, supraledande nanotrådsenfotondetek-torer, sammanflätning, kvantsimulering, öppna kvantsystem, programmerbara fotoniska kretsar
National Category
Physical Sciences
Research subject
Physics, Optics and Photonics; Physics, Material and Nano Physics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-381405ISBN: 978-91-8106-638-8 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-381405DiVA, id: diva2:2060154
Public defence
2026-06-10, Q2, Malvinas väg 10, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20260518
2026-05-182026-05-142026-05-18Bibliographically approved
List of papers