利用阱集成光子学收集离子荧光

自发辐射的光子与发射原子的电子和核自由度纠缠在一起，因此对这些光子的干涉和测量可以纠缠分离的物质基量子系统，作为量子信息处理的资源。然而，自发辐射的各向同性阻碍了产生纠缠所需的单模光子操作。当前的演示依赖于体光学光子收集和操控器件，这些器件存在环境引起的相位不稳定性、模式匹配挑战以及系统间的差异性，这些因素阻碍了扩展到量子信息处理所需的大量纠缠对。为了解决这些限制，我们展示了一种能够实现被动相位稳定性、直接光子操控和固有可重复性的收集方法。具体来说，我们设计了一种波导集成光栅，将捕获离子发射的光子耦合到微加工离子阱芯片内的单一光学模式中。利用集成收集光学器件，我们表征了收集效率、对离子进行了成像，并检测了离子的量子态。这一原理验证演示为利用集成光子学的固有稳定性和可重复性，在量子发射器阵列中高效地创建、操控和测量多体量子态奠定了基础。