論文の概要: A chiral one-dimensional atom using a quantum dot in an open microcavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.02650v1
- Date: Wed, 6 Oct 2021 10:59:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-12 08:18:10.658865
- Title: A chiral one-dimensional atom using a quantum dot in an open microcavity
- Title（参考訳）: オープンマイクロキャビティにおける量子ドットを用いたキラル一次元原子
- Authors: Nadia O. Antoniadis, Natasha Tomm, Tomasz Jakubczyk, R\"udiger Schott,
Sascha R. Valentin, Andreas D. Wieck, Arne Ludwig, Richard J. Warburton, and
Alisa Javadi
- Abstract要約: ナノ構造では、光-物質相互作用はキラルとなるように設計することができる。
キラル量子光学はナノスコピック単一光子ルータ、サーキュレータ、位相シフト器および2光子ゲートの作成に応用されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.45507178426690204
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In nanostructures, the light-matter interaction can be engineered to be
chiral. In the fully quantum regime, a chiral one-dimensional atom, a photon
propagating in one direction interacts with the atom; a photon propagating in
the other direction does not. Chiral quantum optics has applications in
creating nanoscopic single-photon routers, circulators, phase-shifters and
two-photon gates. Furthermore, the directional photon-exchange between many
emitters in a chiral system may enable the creation of highly exotic quantum
states. Here, we present a new way of implementing chiral quantum optics $-$ we
use a low-noise quantum dot in an open microcavity. Specifically, we
demonstrate the non-reciprocal absorption of single photons, a single-photon
diode. The non-reciprocity, the ratio of the transmission in the
forward-direction to the transmission in the reverse direction, is as high as
10.7 dB, and is optimised $\textit{in situ}$ by tuning the photon-emitter
coupling to the optimal operating condition ($\beta = 0.5$). Proof that the
non-reciprocity arises from a single quantum emitter lies in the nonlinearity
with increasing input laser power, and in the photon statistics $-$
ultralow-power laser light propagating in the diode's reverse direction results
in a highly bunched output ($g^{(2)}(0) = 101$), showing that the single-photon
component is largely removed. The results pave the way to a single-photon phase
shifter, and, by exploiting a quantum dot spin, to two-photon gates and quantum
non-demolition single-photon detectors.
- Abstract（参考訳）: ナノ構造では、光と物質との相互作用はキラルに設計できる。
完全な量子状態において、ある方向に伝播するキラル1次元原子は原子と相互作用するが、他方方向に伝播する光子は相互作用しない。
キラル量子光学はナノスコピック単一光子ルータ、サーキュレータ、位相シフト器および2光子ゲートの作成に応用されている。
さらに、キラル系における多くのエミッタ間の方向光子交換は、非常にエキゾチックな量子状態の生成を可能にする。
ここでは、オープンマイクロキャビティにおいて低ノイズ量子ドットを用いたカイラル量子光学を実装する新しい方法を提案する。
具体的には、単一光子ダイオードである単一光子の非逆吸収を示す。
非相反性(逆方向の伝送に対する前方方向の伝送の比率)は10.7dbであり、光子-エミッターカップリングを最適な動作条件($\beta = 0.5$)に調整することにより、最適化された$\textit{in situ}$となる。
非相反性が単一量子エミッタから生じていることの証明は、入力レーザーパワーの増加に伴う非線形性であり、光子統計において、ダイオードの逆方向に伝播する超低出力レーザー光は、高い束縛出力(g^{(2)}(0) = 101$)をもたらす。
結果は、単一光子位相シフト器への道を舗装し、量子ドットスピンを利用して、2光子ゲートと量子非劣化単光子検出器に道を譲る。
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