微腔中协同空穴自旋的快速光学控制

自旋-光子接口是量子网络的关键组件之一。正在考察的物理平台涵盖了从超低温原子和离子到各种固态系统的现代实验物理学范围。每个系统都具有其优势和劣势，通常在自旋特性和光子特性之间进行权衡。目前，最佳确定性单光子源使用嵌入在光学微腔中的半导体量子点。然而，协同自旋控制尚未与最先进的单光子源集成，宿主半导体环境中来自宿主核自旋的磁噪声已对自旋相干性施加了强大的限制。本文将高保真全光学自旋控制与位于开放式微腔中的量子点相结合，目前是目前最有效的单光子源平台之一。通过将微波信号植入红外偏振的光场中，我们演示了对空穴自旋在布洛赫球面上进行任意轴上的协同旋转，实现最大{\pi}脉冲保真度为98.6%。该腔体增强了拉曼过程，使Rabi频率超过1 GHz。我们利用灵活的自旋控制通过中心空穴自旋对宿主材料中的核自旋进行光学制冷，将空穴自旋的相干时间T2*从28 ns延长至535 ns。Hahn脉冲保持自旋相干时间为20{\mu}s，动态去相干将相干性延长至接近松弛极限。自旋T2*和自旋旋转时间均远大于Purcell增强的辐射复合时间50 ps，这使得在自旋失去相干性之前可以创建许多自旋-光子对。