可扩展的磷化镓-金刚石自旋-光子界面

量子发射器与光子的有效界面是量子网络的基础。嵌入在集成纳米光子电路中的量子缺陷由于高协同度 ($C>1$) 腔量子电动力学的确定性光-物质相互作用以及与有源光子处理进行可扩展集成的潜力，在此类应用中极具前景。嵌入在金刚石纳米光子腔中的硅空位 中心因其优异的光学和自旋相干性而成为一种领先方法，然而其长期可扩展性受到金刚石本身的限制，因为其悬浮几何结构和弱非线性需要与第二个处理芯片耦合。在此，我们实现了量子缺陷与混合集成纳米光子学在可扩展平面平台上的首次高协同度耦合。我们在带有近表面 SiV 中心的金刚石基底上集成了超过 600 个磷化镓 纳米光子腔。我们详细检查了一个包含两个强耦合 SiV 中心的特定器件，通过多次独立测量证实了协同度大于 1。通过永磁体施加外部磁场实现了对 SiV 自旋跃迁的光学分辨率，由此我们确定了在 4 K 下自旋弛豫时间 $T_1>0.4$ ms。我们利用高协同度耦合观察到了依赖于自旋的透射切换以及通过单次读出实现的 SiV 自旋的量子跃迁。这些结果加上 GaP 强大的非线性特性，确立了 GaP-on-diamond 作为量子网络应用的可扩展平面平台。