通信波段中频率可调、腔增强的单铒量子发射体

嵌入固态宿主中的单量子发射体是实现量子信息处理器和量子网络节点的理想平台。在目前研究的候选者中，Er$^{3+}$ 离子因其位于通信波段的 1.5 $\mu$m 光学跃迁以及较长的自旋相干时间而尤为引人注目。然而，激发态的长寿命——通常超过 1 ms——以及光学跃迁的非均匀展宽带来了显著挑战。光子发射速率极小，且不同发射体通常产生具有不同光谱的光子，从而阻碍了多光子干涉——而这是构建大规模、多节点量子网络的必要条件。在此，我们通过首次演示单 Er$^{3+}$ 离子发射频率的线性斯塔克调谐解决了这一挑战。我们的离子嵌入在铌酸锂晶体中，并以倏逝波方式耦合到硅纳米光子晶体腔，该腔使测得衰减率最高提升 143 倍。通过沿晶体 c 轴施加电场，我们实现了大于离子线宽的斯塔克调谐，且不改变离子的单光子发射统计。这些结果是迈向基于稀土离子的量子网络的关键一步。