論文の概要: Inverse-designed photon extractors for optically addressable defect qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.12344v3
• Date: Tue, 15 Dec 2020 17:38:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-08 08:35:57.454402
• Title: Inverse-designed photon extractors for optically addressable defect qubits
• Title（参考訳）: 光対応可能な欠陥量子ビットのための逆設計光子抽出器
• Authors: Srivatsa Chakravarthi, Pengning Chao, Christian Pederson, Sean Molesky, Andrew Ivanov, Karine Hestroffer, Fariba Hatami, Alejandro W. Rodriguez and Kai-Mei C. Fu
• Abstract要約: フォトニックデバイスの逆設計最適化は、スピン光子インタフェースの臨界パラメータを調整する際に、前例のない柔軟性を実現する。 逆設計のデバイスは、単一の光子エミッタのスケーラブルな配列の実現、新しい量子エミッタの迅速なキャラクタリゼーション、センシングと効率的な隠蔽機構を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.7576911714538
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Solid-state defect qubit systems with spin-photon interfaces show great promise for quantum information and metrology applications. Photon collection efficiency, however, presents a major challenge for defect qubits in high refractive index host materials. Inverse-design optimization of photonic devices enables unprecedented flexibility in tailoring critical parameters of a spin-photon interface including spectral response, photon polarization and collection mode. Further, the design process can incorporate additional constraints, such as fabrication tolerance and material processing limitations. Here we design and demonstrate a compact hybrid gallium phosphide on diamond inverse-design planar dielectric structure coupled to single near-surface nitrogen-vacancy centers formed by implantation and annealing. We observe device operation near the theoretical limit and measure up to a 14-fold broadband enhancement in photon extraction efficiency. We expect that such inverse-designed devices will enable realization of scalable arrays of single-photon emitters, rapid characterization of new quantum emitters, sensing and efficient heralded entanglement schemes.
• Abstract（参考訳）: スピン光子界面を持つ固体欠陥量子ビット系は量子情報やメトロジーの応用に大いに期待できる。 しかし、光子収集効率は高屈折率ホスト材料における欠陥量子ビットにとって大きな課題となる。 フォトニックデバイスの逆設計最適化により、スペクトル応答、光子偏光、収集モードを含むスピン-フォトニック界面の重要なパラメータを調整できる前例のない柔軟性が得られる。 さらに、設計プロセスは、製造耐性や材料加工の限界といった追加の制約を組み込むことができる。 ここでは,ダイヤモンド逆設計平面誘電体構造上に,単層窒素空隙中心と結合した小型複合リン化ガリウムの設計と実演を行う。 デバイス動作を理論的限界付近で観測し、光子抽出効率の最大14倍の広帯域化を計測する。 このような逆設計のデバイスは、スケーラブルな単一光子エミッタアレイの実現、新しい量子エミッタの迅速なキャラクタリゼーション、センシングと効率的な隠蔽機構の実現を期待する。

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