論文の概要: A Quantum Repeater Platform based on Single SiV$^-$ Centers in Diamond
with Cavity-Assisted, All-Optical Spin Access and Fast Coherent Driving
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.16157v1
- Date: Fri, 28 Oct 2022 14:33:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-21 05:38:10.604063
- Title: A Quantum Repeater Platform based on Single SiV$^-$ Centers in Diamond
with Cavity-Assisted, All-Optical Spin Access and Fast Coherent Driving
- Title（参考訳）: キャビティ支援全光スピンアクセスと高速コヒーレント駆動によるダイヤモンドの単一siv$^-$中心に基づく量子リピータプラットフォーム
- Authors: Gregor Bayer, Robert Berghaus, Selene Sachero, Andrea B. Filipovski,
Lukas Antoniuk, Niklas Lettner, Richard Waltrich, Marco Klotz, Patrick Maier,
Viatcheslav Agafonov and Alexander Kubanek
- Abstract要約: 量子鍵分布は、量子力学の原理に基づくセキュアな通信を可能にする。
量子リピータは大規模量子ネットワークを確立するために必要である。
量子リピータのための効率的なスピン光子インタフェースを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 45.82374977939355
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum key distribution enables secure communication based on the principles
of quantum mechanics. The distance in fiber-based quantum communication is
limited to about a hundred kilometers due to signal attenuation. Thus, quantum
repeaters are required to establish large-scale quantum networks. Ideal quantum
repeater nodes possess a quantum memory which is efficiently connected to
photons, the carrier of quantum information. Color centers in diamond and, in
particular, the negatively-charged silicon-vacancy centers are promising
candidates to establish such nodes. The major obstacle is an inefficient
connection between the color centers spin to the Gaussian optics of fiber
networks. Here, we present an efficient spin-photon interface. Individual
silicon-vacancy centers coupled to the mode of a hemispherical Fabry-P\'erot
microcavity show Purcell-factors larger than 1 when operated in a bath of
liquid Helium. We demonstrate coherent optical driving with a Rabi frequency of
$290\,\mathrm{MHz}$ and all-optical access to the electron spin in strong
magnetic fields of up to $3.2\,\mathrm{T}$. Spin initialization within
$67\,\mathrm{ns}$ with a fidelity of $80\,\%$ and a lifetime of
$350\,\mathrm{ns}$ are reached inside the cavity. The spin-photon interface is
passively stable, enabled by placing a color center containing nanodiamond in
the hemispherical Fabry-P\'erot mirror structure and by choosing short cavity
lengths. Therefore, our demonstration opens the way to realize quantum repeater
applications.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布は、量子力学の原理に基づくセキュアな通信を可能にする。
ファイバーベースの量子通信における距離は、信号減衰により約100kmに制限される。
したがって、量子リピータは大規模量子ネットワークを確立するために必要である。
理想的な量子リピータノードは、量子情報のキャリアである光子に効率的に接続される量子メモリを持っている。
ダイヤモンドのカラーセンター、特に負電荷のシリコン空孔センターは、そのようなノードを確立することを約束している。
主な障害は、色中心のスピンとファイバネットワークのガウス光学との非効率な接続である。
ここでは,効率的なスピン光子界面を提案する。
半球状ファブリ・ペロト微小キャビティのモードに結合したシリコン空孔は, 液体ヘリウム浴中においてPurcell-factorsが1より大きいことを示す。
我々は、ラビ周波数290\,\mathrm{mhz}$のコヒーレント光駆動と、強磁場中における電子スピンへの全光アクセスを最大3.2\,\mathrm{t}$で示す。
スピン初期化は、キャビティ内部に$80\,\%$と$350\,\mathrm{ns}$の忠実度を持つ$7\,\mathrm{ns}$である。
スピンフォトン界面は受動的に安定しており、半球状ファブリ・ピロトミラー構造にナノダイヤモンドを含む色中心を配置し、短い空洞長を選択することで可能となる。
そこで,本実験は量子リピータアプリケーションを実現するための方法を開く。
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