用于光子量子技术的 ${}^{171}Yb^{3+}\!:\! YVO_4$ 表征

晶体中的稀土离子是系综尺度量子技术的成熟固态平台，并在单离子尺度上提供了新的机遇。在三价稀土中，${}^{171}\mathrm{Yb}^{3+}$ 是独特的，因为它拥有单一的 4f 激发态流形，并且是唯一具有 1/2 核自旋的顺磁同位素。在这项工作中，我们展示了 $^{171}$Yb$^{3+}$:YVO$_4$ 的光学与自旋性质测量，以评估这种独特的能级结构是否可用于量子接口。由于窄的非均匀展宽与大的跃迁振子强度的结合，该材料被发现具有比其他稀土掺杂晶体更大的光吸收。在中等磁场下，我们测得光学线宽小于 3 kHz，核自旋线宽小于 50 Hz。我们表征了该系统中的激发态超精细与塞曼相互作用，从而能够设计 $\Lambda$ 系统并演示对核自旋系综的全光相干控制。鉴于这些性质，$^{171}$Yb$^{3+}$:YVO$_4$ 在构建量子接口（如基于系综的存储器、微波-光 transducer 以及光可寻址的单稀土离子自旋量子比特）方面具有显著潜力。