WO2024013910A1 - 光回路、量子演算装置及び光回路の製造方法 - Google Patents

光回路、量子演算装置及び光回路の製造方法 Download PDF

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optical
diamond
optical circuit
color center
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哲也 宮武
哲郎 石黒
研一 河口
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富士通株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices

Definitions

  • the disclosed technology relates to an optical circuit and a method for manufacturing the optical circuit.
  • photonic integrated circuits include a substrate, a waveguide array integrated with the substrate, and a solid state chip integrated onto the substrate in alignment with the waveguide array.
  • Solid-state chips include an array of single-photon emitting quantum emitters formed within a solid-state chip.
  • Quantum computing devices that utilize color centers, which are complex defects made up of vacancies in which carbon atoms are missing in diamond single crystals and impurity atoms adjacent to them, are expected to operate at high temperatures and become highly integrated, and have been developed in recent years. , research and development is becoming more active.
  • the color center functions as a quantum bit, and light is irradiated onto the color center for quantum bit operation.
  • the quantum computing device includes a first optical waveguide (nanobeam) made of diamond and including a color center, and a second optical waveguide (nanobeam) made of a material with a lower refractive index than diamond and connected to the first optical waveguide (nanobeam). and an optical waveguide. Light emitted from the color center is guided to a photodetector via a second optical waveguide.
  • the color center is formed by implanting impurities into the diamond substrate.
  • the first optical waveguide (nanobeam) is manufactured by selecting color centers with high luminous efficiency from the diamond substrate and cutting out regions including the selected color centers one by one from the diamond substrate.
  • the second optical waveguide is manufactured separately from the first optical waveguide (nanobeam) and connected to the first optical waveguide (nanobeam).
  • the optical circuit manufactured by the above method only one nanobeam (qubit) is connected to one optical waveguide. Therefore, as the number of bits increases, the size of the optical circuit increases significantly, making large-scale integration difficult.
  • the disclosed technology aims to enable large-scale integration in optical circuits including color centers.
  • the optical circuit according to the disclosed technology includes a first optical waveguide extending in a first direction and made of diamond, each of which includes a color center made of diamond and connected to the first optical waveguide. , a plurality of second optical waveguides extending in a direction different from the first direction, and a third optical waveguide made of a material with a refractive index lower than diamond and connected to the first optical waveguide.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1B is a cross-section
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the configuration of an optical circuit according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line 7B-7B in FIG. 7A.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line 7B-7B in FIG. 7A.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B in FIG. 8A.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line 9B-9B in FIG. 9A.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an optical circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line 10B-10B in FIG. 10A.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example of the configuration of a first optical circuit according to another embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a quantum computing device according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of
  • FIG. 1A is a plan view showing an example of the configuration of an optical circuit 1 according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B in FIG. 1A.
  • the optical circuit 1 includes a substrate 40 and a first optical circuit 10 and a second optical circuit 20 provided on the substrate 40.
  • the substrate 40 is not particularly limited, for example, a silicon substrate can be used.
  • the silicon substrate may be one in which a silicon oxide film (such as a SiO 2 film) is provided on the surface of a silicon layer.
  • the first optical circuit 10 has a first optical waveguide 11 and a plurality of second optical waveguides 12.
  • the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 are integrally configured.
  • the first optical waveguide 11 is a linear optical waveguide made of Tiramid. Note that the first optical waveguide 11 may be bent or curved.
  • Each of the plurality of second optical waveguides 12 is made of diamond and includes a color center 30.
  • the color center 30 is a complex defect composed of a vacancy in which a carbon atom of the diamond crystal is missing and an impurity atom adjacent to the vacancy.
  • the impurity may be, for example, nitrogen, germanium, silicon, tin or lead.
  • the color center 30 functions as a quantum bit of a quantum computing device including the optical circuit 1.
  • Each of the plurality of second optical waveguides 12 includes a single color center 30. That is, one second optical waveguide 12 does not include two or more color centers. This allows one second optical waveguide 12 to correspond to one quantum bit. Further, the first optical waveguide 11 does not include a color center. If a color center exists in the first optical waveguide 11, the light emitted from the color center becomes noise. Since the first optical waveguide 11 does not include a color center, noise components can be eliminated.
  • the second optical waveguide 12 is connected to a plurality of parts along the extending direction of the first optical waveguide 11, and extends in a direction intersecting the extending direction of the first optical waveguide 11.
  • the plurality of second optical waveguides 12 are connected to both sides of the first optical waveguide 11 facing each other along the extending direction.
  • Light emitted from the color center 30 is guided to the first optical waveguide 11 via the second optical waveguide 12.
  • the second optical waveguide 12 constitutes a nanobeam
  • the first optical waveguide 11 functions as a bus line that integrates the plurality of nanobeams.
  • Each of the plurality of second optical waveguides 12 is connected to the first optical waveguide 11 in such a direction that the traveling directions of the light emitted from the color center 30 in the first optical waveguide 11 are the same. That is, the traveling direction of the light emitted from the color center 30 in each of the second optical waveguides 12 has the same directional component as the traveling direction of the light in the first optical waveguide 11. For example, as shown in FIG. 2, the traveling direction D2 of the light emitted from the color center 30 of the second optical waveguides 12a, 12b has the same direction component D2x as the traveling direction D1 of the light in the first optical waveguide 11. .
  • the width of the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 in the plane direction may be larger than the height in order to propagate the polarized light component (TE mode) in the plane direction.
  • the width in the plane direction of these optical waveguides is larger than the height. It can be small.
  • the second optical circuit 20 has a third optical waveguide 21 connected to an end of the first optical waveguide 11 in the extending direction.
  • the third optical waveguide 21 has a first portion 22 connected to one end of the first optical waveguide 11 in the extending direction, and a first portion 22 connected to the other end of the first optical waveguide 11 in the extending direction. and a second portion 23.
  • the optical circuit 1 has a structure in which a first optical waveguide 11 and a third optical waveguide 21 are stacked.
  • a cavity 25 is formed in a region between the first portion 22 and the second portion 23 of the third optical waveguide 21 and between the first optical waveguide 11 and the substrate 40.
  • the third optical waveguide 21 is made of a material having a lower refractive index than diamond.
  • the third optical waveguide 21 As a material for the third optical waveguide 21, for example, sapphire ( Al2O3 ), silicon oxide ( SiO2 , etc.), silicon nitride ( SiN , etc.), silicon carbide (SiC, etc.), or the like can be used.
  • Light emitted from the color center 30 is guided to the third optical waveguide 21 via the second optical waveguide 12 and the first optical waveguide 11.
  • the third optical waveguide 21 is made of a material having a lower refractive index than diamond, which is the material of the first optical circuit 10
  • light at the interface between the first optical waveguide 11 and the third optical waveguide 21 is Reflection of light can be suppressed, and optical loss can be suppressed.
  • the third optical waveguide 21 may, for example, guide the light emitted from the color center 30 to a photodetector (not shown).
  • 3A to 3G are plan views showing an example of a method for manufacturing the optical circuit 1.
  • a diamond substrate 50 which is the material of the first optical circuit 10, is prepared (FIG. 3A).
  • a resist 51 is formed to cover the planned formation position of the first optical waveguide 11 on the diamond substrate 50 (FIG. 3B).
  • impurity atoms are implanted into the diamond substrate 50 through the resist 51 by ion implantation.
  • the impurity may be, for example, nitrogen, germanium, silicon, tin or lead.
  • a plurality of color centers 30 are formed in the diamond substrate 50 by impurity implantation. No color center is formed in the portion of the diamond substrate 50 covered with the resist 51, that is, in the position where the first optical waveguide 11 is planned to be formed. After impurity implantation, resist 51 is removed (FIG. 3C).
  • the light emitting characteristics of the plurality of color centers 30 formed on the diamond substrate 50 are not uniform, and some have good light emitting characteristics and others have poor light emitting characteristics. Therefore, from among the plurality of color centers 30 formed on the diamond substrate 50, those satisfying predetermined conditions regarding light emission characteristics are selected. For example, a color center 30 whose intensity of light emitted from the color center 30 by irradiating the diamond substrate 50 with a laser beam is equal to or higher than a threshold value may be selected. That is, color centers 30 exhibiting good light emission characteristics are picked up.
  • a pattern 10P of the first optical circuit 10 to be cut out from the diamond substrate 50 is formulated (FIG. 3D). That is, the area of the diamond substrate 50 that does not include the color center is determined as the area of the first optical waveguide 11. Furthermore, each of the plurality of second optical waveguides 12 includes a color center 30 that satisfies a predetermined condition, and is connected to a plurality of portions along the extension direction of the first optical waveguide 11, so that each of the plurality of second optical waveguides 12 The layout of the second optical waveguide 12 is determined so as to have a pattern extending in a direction intersecting the direction in which the second optical waveguide 11 extends.
  • the first optical circuit 10 having the pattern 10P created in the above process is cut out from the diamond substrate 50 (FIG. 3E). That is, the first optical circuit 10 includes a first optical waveguide 11 that does not include a color center. Further, the first optical circuit 10 includes color centers 30, each of which satisfies a predetermined condition regarding light emission characteristics, and is connected to a plurality of portions along the extending direction of the first optical waveguide 11, and is It includes a plurality of second optical waveguides 12 extending in a direction intersecting the direction in which the waveguides 11 extend.
  • a second optical circuit 20 is formed separately from the first optical circuit 10. Specifically, a substrate 40 having a layer of a low refractive index material having a lower refractive index than diamond on its surface is prepared.
  • the low refractive index material layer may include, for example, sapphire (Al 2 O 3 ), silicon oxide (such as SiO 2 ), silicon nitride (such as SiN), or silicon carbide (such as SiC).
  • the second optical circuit 20 including the third optical waveguide 21 is formed on the substrate 40 by patterning the low refractive index material layer by etching or the like (FIG. 3F).
  • the first optical circuit 10 is mounted on the second optical circuit 20.
  • the first optical circuit 10 and the second optical circuit 20 are coupled by intermolecular force.
  • the first portion 22 of the third optical waveguide 21 is connected to one end of the first optical waveguide 11, and the second portion 23 of the third optical waveguide 21 is connected to the other end of the first optical waveguide 11. connected ( Figure 3G).
  • FIG. 4 is a plan view showing an example of the configuration of the optical circuit 1X according to the comparative example.
  • the optical circuit 1X according to the comparative example includes a plurality of optical waveguides 61 (nanobeams) made of diamond including a color center 60, and is provided corresponding to each of the optical waveguides 61, and is made of a material having a lower refractive index than diamond. It has a plurality of optical waveguides 62.
  • the color center is formed by implanting impurities into the diamond substrate. However, it is difficult to form a color center with high luminous efficiency at a desired position within a diamond substrate.
  • the first optical waveguide (nanobeam) is manufactured by selecting color centers with high luminous efficiency from the diamond substrate and cutting out regions including the selected color centers one by one from the diamond substrate.
  • the optical waveguide 62 is manufactured separately from the optical waveguide 61 (nanobeam), and is connected to the optical waveguide 61 (nanobeam).
  • the optical circuit 1X according to the comparative example only one nanobeam (qubit) is connected to one optical waveguide. Therefore, as the number of bits increases, the size of the optical circuit increases significantly, making large-scale integration difficult.
  • the optical circuit 1 has a first optical waveguide 11 made of diamond.
  • the optical circuits 1 each include diamond as a material including a color center 30, are respectively connected to a plurality of parts along the extending direction of the first optical waveguide 11, and intersect with the extending direction of the first optical waveguide 11. It has a plurality of second optical waveguides 12 extending in the direction.
  • the optical circuit 1 also includes a third optical waveguide 21 made of a material with a lower refractive index than diamond and connected to an end of the first optical waveguide 11 in the extending direction.
  • the optical circuit 1 since a plurality of nanobeams (qubits) are connected to one optical waveguide, it is possible to suppress the expansion of the size of the optical circuit due to an increase in the number of bits. This enables large-scale integration.
  • FIGS. 5A to 5C are plan views showing an example of the configuration of the first optical circuit 10 according to a modification.
  • the plurality of second optical waveguides 12 are located only on one side of mutually opposing sides along the extending direction of the first optical waveguide 11. May be connected.
  • the angle ⁇ between the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 can be set to any size.
  • FIG. 5A is an example where the angle ⁇ is relatively large
  • FIG. 5B is an example where the angle ⁇ is relatively small.
  • the angle ⁇ formed is small.
  • the angle ⁇ may be non-uniform. If the loss of light at the connection between the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12 can be sufficiently reduced, the angle ⁇ may be adjusted appropriately to connect more color centers 30 to the first optical circuit. 10 is preferable.
  • FIG. 6A shows that the second optical waveguides 12a and 12b are connected to the first optical waveguide 11 and the second optical waveguide 12b in a configuration in which the second optical waveguides 12a and 12b are connected to both sides of opposite sides of the first optical waveguide 11.
  • FIG. 3 is a plan view showing a case where the connecting portions of the two are close to each other. In this case, a portion of the light emitted from the color center 30 included in the second optical waveguide 12a propagates to the second optical waveguide 12b, resulting in loss.
  • the second optical waveguides 12a and 12b have a tapered portion 13 whose width gradually decreases toward the connection portion with the first optical waveguide 11.
  • the pattern of the first optical circuit 10 may be designed so that the connecting portions of the second optical waveguides 12a and 12b with the first optical waveguide 11 are not close to each other.
  • FIG. 7A is a plan view showing an example of the configuration of the optical circuit 1 according to a modification
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line 7B-7B in FIG. 7.
  • the third optical waveguide 21 has a first portion 22 connected to one end of the first optical waveguide 11 in the extending direction, and a first portion 22 connected to the other end of the first optical waveguide 11 in the extending direction. and a second portion 23.
  • the optical circuit 1 according to this modification has the first optical circuit 10 (that is, the first optical waveguide 11 and It has a support part 70 that supports the second optical waveguide 12).
  • the support portion 70 is provided between the first optical circuit 10 and the substrate 40, and supports the first optical circuit 10 from the bottom side. By providing the support portion 70, the load resistance of the first optical circuit 10 can be improved.
  • 8A, 9A, and 10A are plan views showing other examples of the method for manufacturing the optical circuit 1.
  • 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B in FIG. 8A
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line 9B-9B in FIG. 9A
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line 10B-10B in FIG. 10A.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B in FIG. 8A
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line 9B-9B in FIG. 9A
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line 10B-10B in FIG. 10A.
  • a substrate 40 is prepared in which a diamond layer 40A and a low refractive index material layer 40B made of a material with a lower refractive index than diamond are laminated.
  • impurity atoms are implanted into the diamond layer 40A by ion implantation to form a plurality of color centers 30 in the diamond layer 40A.
  • the pattern 10P of the first optical circuit 10 to be cut out from the diamond layer 40A is determined in consideration of the selection result of the color center 30 (FIG. 8A).
  • the first optical circuit 10 having the pattern 10P created in the above process is cut out from the diamond layer 40A. That is, the first optical circuit 10 is formed on the surface of the low refractive index material layer 40B (FIGS. 9A and 9B).
  • the third optical waveguide 21 is cut out from the low refractive index material layer 40B by etching the low refractive index material layer 40B.
  • the third optical waveguide 21 is formed by etching the low refractive index material layer 40B so as to separate the third optical waveguide 21 from the other portions (FIGS. 10A and 10B).
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of the configuration of the first optical circuit 10A according to the second embodiment of the disclosed technology.
  • the first optical circuit 10A according to the present embodiment includes a first optical waveguide 11 that functions as a bus line, and a plurality of second optical waveguides that constitute nanobeams. and an optical waveguide 12.
  • the first optical circuit 10A In the first optical circuit 10A according to the present embodiment, at least one of the plurality of second optical waveguides 12 is connected to the first optical waveguide 11 in a direction crossing the extension direction of the first optical waveguide 11. It has a fourth optical waveguide 14 extending to . Preferably, the fourth optical waveguide 14 does not include a color center. Further, the first optical circuit 10A includes a plurality of fifth optical waveguides 15, each of which includes a color center 30 and is connected to a plurality of locations along the extension direction of the fourth optical waveguide 14, respectively. That is, the first optical circuit 10A has the configuration of the first optical circuit 10 according to the first embodiment as the configuration of the second optical waveguide 12.
  • the first optical circuit 10A it is possible to increase the number of nanobeams (qubits) connected to one optical waveguide, thereby enabling further large-scale integration. .
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of a quantum computing device 100 according to the third embodiment of the disclosed technology.
  • the quantum computing device 100 is a diamond spin type quantum computing device that uses the electron spin of the color center 30 included in the first optical circuit 10 as a quantum bit.
  • the quantum computing device 100 includes an excitation light source 101, an optical system 102, a microwave generator 103, a magnetic field generator 104, a photodetector 105, and a signal processor 106.
  • the excitation light source 101 outputs light for quantum bit manipulation.
  • Light output from the excitation light source 101 is irradiated onto the color center 30 formed in the first optical circuit 10 via the optical system 102.
  • Optical system 102 may include a condenser lens that focuses the light output from excitation light source 101 onto color center 30 .
  • the color center 30 is excited by being irradiated with light and generates light.
  • the microwave generator 103 and the magnetic field generator 104 generate microwaves and a magnetic field, respectively, in conjunction with the light irradiation from the excitation light source 101.
  • the substrate 40 functions as a microwave generation circuit and a magnetic field generation circuit.
  • the microwave and magnetic field output from the microwave generator 103 and the magnetic field generator 104 act on the color center 30 via the substrate 40 .
  • Photodetector 105 is a single photon detector and detects light emitted from color center 30 .
  • Photodetector 105 may be provided on substrate 40.
  • the signal processing device 106 outputs an electrical signal according to the light detected by the photodetector 105.
  • FIG. 13 is a diagram showing another example of the configuration of the quantum computing device 100. As shown in FIG. 13, the light output from the excitation light source 101 may be introduced into the third optical waveguide 21 via the optical fiber 107 to excite the color center 30.

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Abstract

光回路（１）は、第１方向に伸長し、ダイヤモンドを材料とする第１の光導波路（１１）と、各々が、ダイヤモンドを材料とし、カラーセンター（３０）を含み、第１の光導波路（１１）に接続され、第１方向と異なる方向に伸びる複数の第２の光導波路（１２）と、ダイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなり、前記第１の光導波路（１１）に接続された第３の光導波路（２１）と、を有する。

Description

光回路、量子演算装置及び光回路の製造方法
　開示の技術は光回路及び光回路の製造方法に関する。
　光回路に関する技術として、以下のものが知られている。例えば、基板と、基板と統合された導波路アレイと、導波路アレイと整列して基板上に統合されたソリッドステートチップとを含むフォトニック集積回路が知られている。ソリッドステートチップは、固体チップ内に形成された単一光子を放出する量子エミッターのアレイを含む。
米国特許出願公開第２０２１／２２４６７８号明細書
　ダイヤモンド単結晶内の炭素原子が欠損した空孔と、これに隣接した不純物原子とによって構成される複合欠陥であるカラーセンターを利用した量子演算装置は、高温動作、高集積化が期待でき、近年、研究開発が活発になっている。この種の量子演算装置においては、カラーセンターは量子ビットとして機能し、量子ビット操作のために、カラーセンターに光が照射される。量子演算装置は、カラーセンターを含むダイヤモンドを材料とする第１の光導波路（ナノビーム）と、第１の光導波路（ナノビーム）に接続されたダイヤモンドよりも屈折率の低い材料で構成される第２の光導波路とを含む光回路を含み得る。カラーセンターから発せられた光は、第２の光導波路を介して光検出器に導かれる。
　カラーセンターは、ダイヤモンド基板に不純物を注入することにより形成される。しかしながら、ダイヤモンド基板内の所望の位置に発光効率が高いカラーセンターを形成することは困難である。このため、第１の光導波路（ナノビーム）は、発光効率が高いカラーセンターをダイヤモンド基板から選出し、選出されたカラーセンターを含む領域をダイヤモンド基板から１つずつ切り出すことにより作製される。第２の光導波路は、第１の光導波路（ナノビーム）とは別に作製され、第１の光導波路（ナノビーム）と接続される。上記の方法によって作製される光回路によれば、１本の光導波路に接続されるナノビーム（量子ビット）は１つのみとなる。このため、ビット数の増加に伴う光回路のサイズの拡大が顕著となり、大規模集積が困難である。
　開示の技術は、カラーセンターを含む光回路において、大規模集積化を可能とすることを目的とする。
　開示の技術に係る光回路は、第１方向に伸長し、ダイヤモンドを材料とする第１の光導波路と、各々が、ダイヤモンドを材料とし、カラーセンターを含み、前記第１の光導波路に接続され、前記第１方向と異なる方向に伸びる複数の第２の光導波路と、ダイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなり、前記第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、を有する。
　開示の技術によれば、カラーセンターを含む光回路において、大規模集積化が可能となる。
開示の技術の実施形態に係る光回路の構成の一例を示す平面図である。 図１Ａにおける１Ｂ－１Ｂ線に沿った断面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 比較例に係る光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の構成の一例を示す平面図である。 図７Ａにおける７Ｂ－７Ｂ線に沿った断面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 図８Ａにおける８Ｂ－８Ｂ線に沿った断面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 図９Ａにおける９Ｂ－９Ｂ線に沿った断面図である。 開示の技術の実施形態に係る光回路の製造方法の一例を示す平面図である。 図１０Ａにおける１０Ｂ－１０Ｂ線に沿った断面図である。 開示の技術の他の実施形態に係る第１の光回路の構成の一例を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係る量子演算装置の構成の一例を示す図である。 開示の技術の実施形態に係る量子演算装置の構成の一例を示す図である。
　以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。
［第１の実施形態］
　図１Ａは、開示の技術の実施形態に係る光回路１の構成の一例を示す平面図である。図１Ｂは、図１Ａにおける１Ｂ－１Ｂ線に沿った断面図である。光回路１は、基板４０と、基板４０上に設けられた第１の光回路１０及び第２の光回路２０を有する。基板４０は、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。シリコン基板は、シリコン層の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜など）が設けられたものであってもよい。
　第１の光回路１０は、第１の光導波路１１と、複数の第２の光導波路１２とを有する。第１の光導波路１１及び第２の光導波路１２は、一体的に構成されている。第１の光導波路１１は、タイヤモンドを材料とする直線状の光導波路である。なお、第１の光導波路１１は、屈曲又は湾曲していてもよい。複数の第２の光導波路１２の各々は、カラーセンター３０を含むダイヤモンドを材料とする。カラーセンター３０は、ダイヤモンド結晶の炭素原子が欠損した空孔と、空孔に隣接した不純物原子によって構成される複合欠陥である。不純物は、例えば、窒素、ゲルマニウム、シリコン、スズ又は鉛であってもよい。カラーセンター３０は、光回路１を含んで構成される量子演算装置の量子ビットとして機能する。
　複数の第２の光導波路１２の各々は、単一のカラーセンター３０を含む。すなわち、１つの第２の光導波路１２に２つ以上のカラーセンターが含まれることはない。これにより、１つの第２の光導波路１２を１量子ビットに対応させることが可能となる。また、第１の光導波路１１にはカラーセンターは含まれていない。第１の光導波路１１にカラーセンターが存在すると、そのカラーセンターから発せられた光はノイズとなる。第１の光導波路１１がカラーセンターを含まないことで、ノイズ成分を排除することができる。
　第２の光導波路１２は、第１の光導波路１１の伸長方向に沿った複数の部位にそれぞれ接続されており、第１の光導波路１１の伸長方向と交差する方向に伸びている。複数の第２の光導波路１２は、第１の光導波路１１の伸長方向に沿った互いに対向する辺の両側に接続されている。カラーセンター３０から発せられた光は、第２の光導波路１２を経由して第１の光導波路１１に導かれる。第１の光回路１０において、第２の光導波路１２はナノビームを構成し、第１の光導波路１１、複数のナノビームを統合するバスラインとして機能する。
　複数の第２の光導波路１２の各々は、カラーセンター３０から発せられた光の第１の光導波路１１における進行方向が互いに同じになる向きで第１の光導波路１１に接続されている。すなわち、第２の光導波路１２の各々におけるカラーセンター３０から発せられた光の進行方向は、第１の光導波路１１における光の進行方向と同じ方向成分を有する。例えば、図２に示すように、第２の光導波路１２ａ、１２ｂのカラーセンター３０から発せられる光の進行方向Ｄ２は、第１の光導波路１１における光の進行方向Ｄ１と同じ方向成分Ｄ２ｘを有する。なお、第１の光導波路１１及び第２の光導波路１２は、平面方向の偏光成分（ＴＥモード）を伝搬するために、これらの光導波路の平面方向における幅が、高さよりも大きくてもよい。また、第１の光導波路１１及び第２の光導波路１２は、平面方向と直交する方向の偏光成分（ＴＭモード）を伝搬するために、これらの光導波路の平面方向における幅が、高さよりも小さくてもよい。
　第２の光回路２０は、第１の光導波路１１の伸長方向の端部に接続された第３の光導波路２１を有する。第３の光導波路２１は、第１の光導波路１１の伸長方向の一方の端部に接続された第１の部分２２と、第１の光導波路１１の伸長方向の他方の端部に接続された第２の部分２３と、を有する。図１Ｂに示すように、光回路１は、第１の光導波路１１と、第３の光導波路２１とが積層された構造を有する。第３の光導波路２１の第１の部分２２と第２の部分２３との間の領域であって、第１の光導波路１１と基板４０との間の領域には空洞２５が形成されている。第３の光導波路２１は、ダイヤモンドよりも屈折率が低い材料で構成されている。第３の光導波路２１の材料として、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２等）、窒化シリコン（ＳｉＮ等）又は炭化シリコン（ＳｉＣ等）などを用いることができる。カラーセンター３０から発せられた光は、第２の光導波路１２及び第１の光導波路１１を経由して第３の光導波路２１に導かれる。第３の光導波路２１が、第１の光回路１０の材料であるダイヤモンドよりも屈折率が低い材料で構成されることで、第１の光導波路１１と第３の光導波路２１の界面における光の反射を抑制することができ、光損失を抑制することができる。第３の光導波路２１は、例えば、カラーセンター３０から発せられた光を光検出器（図示せず）に導くものであってもよい。
　以下において、本実施形態に係る光回路１の製造方法について説明する。図３Ａ～図３Ｇは、光回路１の製造方法の一例を示す平面図である。
　初めに、第１の光回路１０の材料となるダイヤモンド基板５０を用意する（図３Ａ）。次に、ダイヤモンド基板５０の第１の光導波路１１の形成予定位置を覆うレジスト５１を形成する（図３Ｂ）。
　次に、イオン注入法により、レジスト５１を介してダイヤモンド基板５０に不純物原子を注入する。不純物は、例えば窒素、ゲルマニウム、シリコン、スズ又は鉛であってもよい。不純物注入により、ダイヤモンド基板５０に複数のカラーセンター３０が形成される。ダイヤモンド基板５０のレジスト５１で覆われた部分、すなわち、第１の光導波路１１の形成予定位置にはカラーセンターは形成されない。不純物注入後、レジスト５１は除去される（図３Ｃ）。
　ダイヤモンド基板５０に形成された複数のカラーセンター３０の発光特性は均一ではなく、良好な発光特性を有するものと、そうでないものとが混在している。そこで、ダイヤモンド基板５０に形成された複数のカラーセンター３０のうち、発光特性に関する所定の条件を満たすものを選出する。例えば、ダイヤモンド基板５０にレーザ光を照射することによってカラーセンター３０から発せられる光の強度が閾値以上であるカラーセンター３０を選出してもよい。すなわち、良好な発光特性を示すカラーセンター３０がピックアップされる。
　次に、カラーセンター３０の選出結果を考慮して、ダイヤモンド基板５０から切り出す第１の光回路１０のパターン１０Ｐを策定する（図３Ｄ）。すなわち、ダイヤモンド基板５０のカラーセンターを含まない領域が第１の光導波路１１の領域として定められる。また、複数の第２の光導波路１２の各々が、所定の条件を満たすカラーセンター３０を含み、第１の光導波路１１の伸長方向に沿った複数の部位にそれぞれ接続され、第１の光導波路１１の伸長方向と交差する方向に伸びるパターンを有するように、第２の光導波路１２のレイアウトが策定される。
　次に、ダイヤモンド基板５０をエッチングすることにより、上記の工程において策定されたパターン１０Ｐを有する第１の光回路１０をダイヤモンド基板５０から切り出す（図３Ｅ）。すなわち、第１の光回路１０は、カラーセンターを含まない第１の光導波路１１を含む。また、第１の光回路１０は、各々が発光特性に関する所定の条件を満たすカラーセンター３０を含み、第１の光導波路１１の伸長方向に沿った複数の部位にそれぞれ接続され、第１の光導波路１１の伸長方向と交差する方向に伸びる複数の第２の光導波路１２を含む。
　次に、第１の光回路１０とは別に第２の光回路２０を形成する。具体的には、ダイヤモンドよりも屈折率の低い低屈折率材料層を表面に有する基板４０を用意する。低屈折率材料層は、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２等）、窒化シリコン（ＳｉＮ等）又は炭化シリコン（ＳｉＣ等）含んでいてもよい。次に、低屈折率材料層をエッチング等によりパターニングすることで、基板４０上に第３の光導波路２１を含む第２の光回路２０を形成する（図３Ｆ）。
　次に、第２の光回路２０の上に第１の光回路１０を搭載する。第１の光回路１０と第２の光回路２０は、分子間力によって結合される。第３の光導波路２１の第１の部分２２は、第１の光導波路１１の一端に接続され、第３の光導波路２１の第２の部分２３は、第１の光導波路１１の他端に接続される（図３Ｇ）。
　ここで、図４は、比較例に係る光回路１Ｘの構成の一例を示す平面図である。比較例に係る光回路１Ｘは、カラーセンター６０を含むダイヤモンドを材料とする複数の光導波路６１（ナノビーム）と、光導波路６１の各々に対応して設けられ、ダイヤモンドよりも屈折率が低い材料からなる複数の光導波路６２とを有する。上記のように、カラーセンターは、ダイヤモンド基板に不純物を注入することにより形成される。しかしながら、ダイヤモンド基板内の所望の位置に発光効率が高いカラーセンターを形成することは困難である。このため、第１の光導波路（ナノビーム）は、発光効率が高いカラーセンターをダイヤモンド基板から選出し、選出されたカラーセンターを含む領域をダイヤモンド基板から１つずつ切り出すことにより作製される。光導波路６２は、光導波路６１（ナノビーム）とは別に作製され、光導波路６１（ナノビーム）と接続される。比較例に係る光回路１Ｘによれば、１本の光導波路に接続されるナノビーム（量子ビット）は１つのみとなる。このため、ビット数の増加に伴う光回路のサイズの拡大が顕著となり、大規模集積が困難である。
　一方、開示の技術の実施形態に係る光回路１は、ダイヤモンドを材料とする第１の光導波路１１を有する。また、光回路１は、各々がカラーセンター３０を含むダイヤモンドを材料として含み、第１の光導波路の伸長方向に沿った複数の部位にそれぞれ接続され、第１の光導波路１１の伸長方向と交差する方向に伸びる複数の第２の光導波路１２を有する。また、光回路１は、ダイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなり、第１の光導波路１１の伸長方向の端部に接続された第３の光導波路２１を有する。
　開示の技術の実施形態に係る光回路１によれば、１本の光導波路に複数のナノビーム（量子ビット）が接続されるので、ビット数の増加に伴う光回路のサイズの拡大を抑制することができ、大規模集積化が可能となる。
　なお、以上の説明では、第１の光回路１０において、複数の第２の光導波路１２が、第１の光導波路１１の伸長方向に沿った互いに対向する辺の両側に接続された構成を例示したが、この態様に限定されるものではない。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、変形例に係る第１の光回路１０の構成の一例を示す平面図である。図５Ａ～図５Ｃに示すように、第１の光回路１０において、複数の第２の光導波路１２は、第１の光導波路１１の伸長方向に沿った互いに対向する辺の一方の側にのみ接続されていてもよい。また、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２とのなす角θは、任意の大きさにすることが可能である。図５Ａは、なす角θが相対的に大きい場合の例であり、図５Ｂは、なす角θが相対的に小さい場合の例である。第１の光導波路１１と第２の光導波路１２との接続部における光の損失を小さくする観点から、なす角θは小さい方が好ましい。また、図５Ｃに示すように、なす角θは不均一であってもよい。第１の光導波路１１と第２の光導波路１２との接続部における光の損失を十分小さくできる場合には、なす角θを適宜調整して、より多くのカラーセンター３０を第１の光回路１０に取り込むことが好ましい。
　図６Ａは、第２の光導波路１２ａ及び１２ｂが、第１の光導波路１１の互いに対向する辺の両側に接続された構成において、第２の光導波路１２ａ及び１２ｂの第１の光導波路１１との接続部が近接している場合を示す平面図である。この場合、第２の光導波路１２ａに含まれるカラーセンター３０から発せられた光の一部が、第２の光導波路１２ｂに伝搬し、損失となる。図６Ｂに示すように、第２の光導波路１２ａ、１２ｂが第１の光導波路１１との接続部に向けて幅が徐々に縮小するテーパ部１３を有することで、第２の光導波路１２ａのカラーセンター３０から発せられた光の第２の光導波路１２ｂへの伝搬を回避することできる。これは、テーパ部１３によって第２の光導波路１２ｂにおける光の結合特性が変化するためである。なお、第２の光導波路１２ａ及び１２ｂの第１の光導波路１１との接続部が近接しないように、第１の光回路１０のパターンを策定してもよい。
　図７Ａは変形例に係る光回路１の構成の一例を示す平面図であり、図７Ｂは、図７における７Ｂ－７Ｂ線に沿った断面図である。第３の光導波路２１は、第１の光導波路１１の伸長方向の一方の端部に接続された第１の部分２２と、第１の光導波路１１の伸長方向の他方の端部に接続された第２の部分２３と、を含む。本変形例に係る光回路１は、第３の光導波路２１の、第１の部分２２と第２の部分２３との間に、第１の光回路１０（すなわち、第１の光導波路１１及び第２の光導波路１２）を支持する支持部７０を有する。支持部７０は、第１の光回路１０と基板４０との間に設けられ、第１の光回路１０を下面側から支持する。支持部７０を設けることで、第１の光回路１０の耐荷重性を高めることができる。
　図８Ａ、図９Ａ及び図１０Ａは、光回路１の製造方法の他の例を示す平面図である。図８Ｂは、図８Ａにおける８Ｂ－８Ｂ線に沿った断面図であり、図９Ｂは、図９Ａにおける９Ｂ－９Ｂ線に沿った断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａにおける１０Ｂ－１０Ｂ線に沿った断面図である。
　初めに、ダイヤモンド層４０Ａと、タイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなる低屈折率材料層４０Ｂとが積層された基板４０を用意する。次に、イオン注入法により、ダイヤモンド層４０Ａに不純物原子を注入し、ダイヤモンド層４０Ａに複数のカラーセンター３０を形成する。次に、ダイヤモンド層４０Ａに形成された複数のカラーセンター３０のうち、発光特性に関する所定の条件を満たすものを選出する。次に、カラーセンター３０の選出結果を考慮して、ダイヤモンド層４０Ａから切り出す第１の光回路１０のパターン１０Ｐを策定する（図８Ａ）。
　次に、ダイヤモンド層４０Ａをエッチングすることにより、上記の工程において策定されたパターン１０Ｐを有する第１の光回路１０をダイヤモンド層４０Ａから切り出す。すなわち、第１の光回路１０は、低屈折率材料層４０Ｂの表面に形成される（図９Ａ、図９Ｂ）。
　次に、低屈折率材料層４０Ｂをエッチングすることにより、第３の光導波路２１を低屈折率材料層４０Ｂから切り出す。例えば、第３の光導波路２１と、それ以外の部分とを分離するように低屈折率材料層４０Ｂをエッチングすることで、第３の光導波路２１が形成される（図１０Ａ、図１０Ｂ）。ダイヤモンド層４０Ａと低屈折率材料層４０Ｂとが積層された基板４０を用いることで、第１の光回路１０と第２の光回路２０とを接続する工程を省略することができる。
［第２の実施形態］
　図１１は、開示の技術の第２の実施形態に係る第１の光回路１０Ａの構成の一例を示す平面図である。本実施形態に係る第１の光回路１０Ａは、第１の実施形態に係る第１の光回路１０と同様、バスラインとして機能する第１の光導波路１１と、ナノビームを構成する複数の第２の光導波路１２とを含む。
　本実施形態に係る第１の光回路１０Ａにおいて、複数の第２の光導波路１２の少なくとも１つは、第１の光導波路１１に接続され、第１の光導波路１１の伸長方向と交差する方向に伸びる第４の光導波路１４を有する。第４の光導波路１４は、カラーセンターを含まないことが好ましい。また、第１の光回路１０Ａは、各々が、カラーセンター３０を含み、第４の光導波路１４の伸長方向に沿った複数の部位にそれぞれ接続された複数の第５の光導波路１５を有する。すなわち、第１の光回路１０Ａは、第１の実施形態に係る第１の光回路１０の構成を第２の光導波路１２の構成として有する。
　本実施形態に係る第１の光回路１０Ａによれば、１本の光導波路に接続されるナノビーム（量子ビット）の数をより多くすることができるので、更なる大規模集積化が可能となる。
［第３の実施形態］
　図１２は、開示の技術の第３の実施形態に係る量子演算装置１００の構成の一例を示す図である。量子演算装置１００は、第１の光回路１０に含まれるカラーセンター３０の電子スピンを量子ビットとして利用するダイヤモンドスピン方式の量子演算装置である。量子演算装置１００は、励起光源１０１、光学系１０２、マイクロ波発生装置１０３、磁場発生装置１０４、光検出器１０５及び信号処理装置１０６を有する。
　励起光源１０１は、量子ビット操作のための光を出力する。励起光源１０１から出力された光は、光学系１０２を介して第１の光回路１０に形成されたカラーセンター３０に照射される。光学系１０２は、励起光源１０１から出力された光をカラーセンター３０に集中させる集光レンズを含み得る。カラーセンター３０は、光が照射されることで励起され、光を発生させる。
　マイクロ波発生装置１０３及び磁場発生装置１０４は、それぞれ、励起光源１０１からの光の照射に連動してマイクロ波及び磁場を発生させる。基板４０は、マイクロ波発生回路及び磁場発生回路として機能する。マイクロ波発生装置１０３及び磁場発生装置１０４からそれぞれ出力されたマイクロ波及び磁場は、基板４０を介してカラーセンター３０に作用する。
　カラーセンター３０から発せられた光は、第３の光導波路２１を介して光検出器１０５に導かれる。光検出器１０５は、単一光子検出器であり、カラーセンター３０から発せられた光を検出する。光検出器１０５は、基板４０上に設けられていてもよい。信号処理装置１０６は、光検出器１０５によって検出された光に応じて電気信号を出力する。
　図１３は、量子演算装置１００の構成の他の例を示す図である。図１３に示すように、励起光源１０１から出力された光を、光ファイバ１０７を介して第３の光導波路２１に導入してカラーセンター３０を励起させてもよい。
１、１Ｘ　光回路
１０、１０Ａ　第１の光回路
１１　第１の光導波路
１２、１２ａ、１２ｂ　第２の光導波路
１３　テーパ部
１４　第４の光導波路
１５　第５の光導波路
２０　第２の光回路
２１　第３の光導波路
２２　第１の部分
２３　第２の部分
３０　カラーセンター
４０　基板
４０Ａ　ダイヤモンド層
４０Ｂ　低屈折率材料層
５０　ダイヤモンド基板
５１　レジスト
７０　支持部
１００　量子演算装置
１０１　励起光源
１０５　光検出器

Claims (16)

  1. 　第１方向に伸長し、ダイヤモンドを材料とする第１の光導波路と、
    　各々が、ダイヤモンドを材料とし、カラーセンターを含み、前記第１の光導波路に接続され、前記第１方向と異なる方向に伸びる複数の第２の光導波路と、
    　ダイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなり、前記第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、
    　を有する光回路。
  2. 　前記複数の第２の光導波路の各々は、前記カラーセンターから発せられた光の前記第１の光導波路における進行方向が互いに同じになる向きで第１の光導波路に接続されている
    　請求項１に記載の光回路。
  3. 　前記複数の第２の光導波路は、前記第１の光導波路の前記第１方向に沿った互いに対向する辺の両側に接続されている
    　請求項１に記載の光回路。
  4. 　前記複数の第２の光導波路の少なくとも１つは、前記第１の光導波路との接続部に向けて幅が徐々に縮小するテーパ部を有する
    　請求項３に記載の光回路。
  5. 　前記第１の光導波路はカラーセンターを含まない
    　請求項１に記載の光回路。
  6. 　前記複数の第２の光導波路の各々は、単一のカラーセンターを含む
    　請求項１に記載の光回路。
  7. 　前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とが一体的に構成されている
    　請求項１に記載の光回路。
  8. 　前記第１の光導波路と、前記第３の光導波路とが積層された構造を有する
    　請求項１に記載の光回路。
  9. 　前記第３の光導波路は、前記第１の光導波路の前記第１方向の一方の端部に接続された第１の部分と、前記第１の光導波路の前記第１方向の他方の端部に接続された第２の部分と、を含み、
    　前記第１の部分と前記第２の部分との間に、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路を支持する支持部を更に有する
    　請求項８に記載の光回路。
  10. 　前記複数の第２の光導波路の少なくとも１つは、
    　前記第１の光導波路に接続され、前記第１方向と相違する第２方向に伸びる第４の光導波路と、
    　各々が、カラーセンターを含み、前記第４の光導波路に接続された複数の第５の光導波路と、
    　を有する請求項１に記載の光回路。
  11. 　ダイヤモンドを材料とする第１部材に不純物を注入することにより、前記第１部材に複数のカラーセンターを形成する工程と、
    　第１方向に伸長する第１の光導波路と、各々が前記複数のカラーセンターの少なくとも一つを含み、前記第１の光導波路に接続され、前記第１方向と異なる方向に伸びる複数の第２の光導波路と、を含む光回路を、前記第１部材から取得する工程と、
    　を有する光回路の製造方法。
  12. 　前記光回路を取得する工程の前に、前記複数のカラーセンターのうち、発光特性に関する所定の条件を満たすものを特定する工程をさらに有する
    　請求項１１に記載の光回路の製造方法。
  13. 　ダイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなる第３の光導波路を前記第１の光導波路に接続する工程をさらに有する
    　請求項１１に記載の光回路の製造方法。
  14. 　前記ダイヤモンドの前記第１の光導波路の形成予定位置を覆うレジストを介して前記第１部材に前記不純物を注入する
    　請求項１１に記載の製造方法。
  15. 　ダイヤモンド層と、タイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなる低屈折率材料層とが積層された前記第１部材の前記ダイヤモンド層から前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路を含む光回路を取得し、
    　前記低屈折率材料層から前記第３の光導波路を取得する
    　請求項１３に記載の製造方法。
  16. 　カラーセンターを含む光回路と、
    　前記カラーセンターを励起させるための光源と、
    　前記カラーセンターから発せられた光を検出する光検出器と、
    　を含み、
    　前記光回路は、
    　第１方向に伸長し、ダイヤモンドを材料とする第１の光導波路と、
    　各々が、ダイヤモンドを材料とし、カラーセンターを含み、前記第１の光導波路に接続され、前記第１方向と異なる方向に伸びる複数の第２の光導波路と、
    　ダイヤモンドよりも屈折率の低い材料からなり、前記第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、
    　を有する量子演算装置。
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