金刚石纳米结构中人造原子的模块化芯片集成光子控制
量子物理
2023-08-24 v1
摘要
构建远距离量子网络与分布式量子计算的一个核心目标是发展互连且可单独控制的量子比特节点。金刚石中的类原子发射体已成为光网络量子存储器的领先系统,这推动了面向可扩展原子控制的可见光谱多通道光子集成电路(PIC)系统的发展。然而,实现一个具有量子比特层且能在多光通道上实现高光学探测概率的光学可编程性,仍是一项开放挑战。在此,我们通过引入压电驱动原子控制 PIC(APIC)与嵌入金刚石纳米结构中的人造原子之模块化架构来解决该问题,后者专为高效率自由空间收集而设计。该高速 4 通道 APIC 基于带三相移相器马赫-曾德尔干涉仪的分裂树状网格。该设计同时在可见波长实现光学宽带工作、低电压下的高保真度开关( dB)、亚微秒调制时间尺度( MHz),以及用于可重复光学脉冲整形的极小通道间串扰。经由可重构自由空间互连,我们利用 APIC 寻址单个金刚石波导中具反锥形耦合器的单硅空位色心,对所有通道实现了高效单光子探测概率(15%)与二阶自关联测量 。该分布式 APIC-量子存储器系统的模块化简化了量子控制问题,有望进一步扩展至数千通道。
引用
@article{arxiv.2301.03693,
title = {Modular chip-integrated photonic control of artificial atoms in diamond nanostructures},
author = {Kevin J. Palm and Mark Dong and D. Andrew Golter and Genevieve Clark and Matthew Zimmermann and Kevin C. Chen and Linsen Li and Adrian Menssen and Andrew J. Leenheer and Daniel Dominguez and Gerald Gilbert and Matt Eichenfield and Dirk Englund},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.03693},
year = {2023}
}