基于置于光子晶体腔单孔中人工原子的混合量子光子学
材料科学
2021-09-21 v3 量子物理
摘要
基于自旋的量子光子学有望实现分布式量子计算与量子网络。其性能依赖于高效的纠缠分发,而借助腔量子电动力学可提升该效率。核心挑战在于开发具有大自旋-光子耦合速率和高操作带宽的紧凑型器件。光子晶体腔具有强场约束能力,但对原子体系在模场极大值处的精确放置提出了很高要求。金刚石中的色心,尤其是带负电的硅空位(SiV)中心,已成为一种有前景的类原子体系。其大光谱稳定性以及对长寿命核自旋存储器的可及性,使得包括存储增强量子通信在内的量子网络节点的基本演示成为可能。在一种混合方案中,我们将含SiV的纳米金刚石确定性地置于一维、悬空、基于SiN的光子晶体腔的一个孔中,并将单个光学跃迁与腔模相干耦合。我们利用双模组合、波导、Purcell增强和腔共振调谐来优化光-物质耦合。与自由空间相比,所得光子通量提高了14倍以上。相应的寿命缩短至460 ps以下,使潜在操作带宽超过GHz速率。我们的结果标志着在实现基于含纳米金刚石中SiV中心的混合量子光子学的量子网络节点方面迈出了重要一步。
引用
@article{arxiv.2012.11503,
title = {Hybrid quantum photonics based on artificial atoms placed inside one hole of a photonic crystal cavity},
author = {Konstantin G. Fehler and Lukas Antoniuk and Niklas Lettner and Anna P. Ovvyan and Richard Waltrich and Nico Gruhler and Valery A. Davydov and Viatcheslav N. Agafonov and Wolfram H. P. Pernice and Alexander Kubanek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.11503},
year = {2021}
}