基于金刚石中单 SiV⁻ 中心、具有腔辅助全光学自旋访问与快速相干驱动的量子中继平台

量子密钥分发基于量子力学原理实现安全通信。由于信号衰减，基于光纤的量子通信距离被限制在约一百公里。因此，需要量子中继器以建立大规模量子网络。理想的量子中继节点拥有与光子（量子信息的载体）高效连接的量子存储器。金刚石中的色心，特别是带负电的硅空位中心，是建立此类节点的有前景的候选者。主要障碍是色心自旋与光纤网络高斯光学之间的低效连接。在此，我们展示了一个高效的自旋-光子接口。单个硅空位中心耦合到半球法布里-珀罗微腔的模式，在液氦浴中工作时显示出大于 1 的珀塞尔因子。我们展示了在高达 3.2 T 的强磁场下的 290 MHz 拉比频率的相干光学驱动与全光学电子自旋访问。腔内实现了 67 ns 内保真度 80% 的自旋初始化以及 350 ns 的寿命。该自旋-光子接口被动稳定，这是通过将含色心的纳米金刚石置于半球法布里-珀罗镜结构中并选择短腔长来实现的。因此，我们的演示为 realization 量子中继应用开辟了道路。