硅基腔增强单光子发射器的光谱稳定性
量子物理
2026-01-21 v1
摘要
硅在纳米加工方面无与伦比的成熟度使其成为量子信息处理极具前景的硬件平台。为此，通过将色心或铒掺杂剂集成到纳米光子谐振腔中，已实现了高效的单光子源和自旋-光子界面。然而，该方法中的光发射频率在长、短时间尺度上均存在时间涨落，这阻碍了量子应用的发展。本文研究了这一局限性，并证明通过将发射器集成到 Fabry-Perot 腔而非纳米光子谐振腔中可以缓解该问题。Fabry-Perot 腔具有更大的光学模式体积，既能增加与晶体表面的距离，又能在更低的掺杂浓度下工作，从而减少了注入引起的晶体损伤和发射器间的相互作用。结果表明，我们观察到光谱扩散线宽降低了五倍，降至 4.0(2) MHz。对同位素纯化的 28-Si 晶体的计算和实验研究表明，剩余的光谱不稳定性是由激光引起的电场涨落导致的。与纳米光子器件的直接对比表明，在相同的腔内功率下，其不稳定性显著降低，使光学相干时间增加了十倍，达到 20(1) 微秒。这些发现代表了迈向硅基光谱稳定自旋-光子界面的关键一步，并推动了其在量子网络和分布式量子信息处理中的潜在应用。
引用
@article{arxiv.2601.13666,
title = {Spectral stability of cavity-enhanced single-photon emitters in silicon},
author = {Johannes Früh and Fabian Salamon and Andreas Gritsch and Alexander Ulanowski and Andreas Reiserer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.13666},
year = {2026}
}