論文の概要: Photoionization detection of a single Er$^{3+}$ ion with sub-100-ns time resolution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.00440v1
• Date: Thu, 1 Dec 2022 11:20:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 20:01:42.099284
• Title: Photoionization detection of a single Er$^{3+}$ ion with sub-100-ns time resolution
• Title（参考訳）: 100ns以下の時間分解能を持つ単一Er$^{3+}$イオンの光イオン化検出
• Authors: Yangbo Zhang, Wenda Fan, Jiliang Yang, Hao Guan, Qi Zhang, Xi Qin, Changkui Duan, Gabriele G. de Boo, Brett C. Johnson, Jeffrey C. McCallum, Matthew J. Sellars, Sven Rogge, Chunming Yin, Jiangfeng Du
• Abstract要約: 本研究では、高周波反射法を用いて、シリコン中の1つのEr$3+$イオンによって誘起される光イオン化を電気的に検出する。 この技術により、Siナノトランジスタ内の1つのEr$3+$イオンの光励起状態寿命を初めて0.49$pm$0.04$mu$sと測定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.812955999982435
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Efficient detection of single optical centers in solids is essential for quantum information processing, sensing, and single-photon generation applications. In this work, we use radio-frequency (RF) reflectometry to electrically detect the photoionization induced by a single Er$^{3+}$ ion in Si. The high bandwidth and sensitivity of the RF reflectometry provide sub-100-ns time resolution for the photoionization detection. With this technique, the optically excited state lifetime of a single Er$^{3+}$ ion in a Si nano-transistor is measured for the first time to be 0.49 $\pm$ 0.04 $\mu$s. Our results demonstrate an efficient approach for detecting a charge state change induced by Er excitation and relaxation. This approach could be used for fast readout of other single optical centers in solids and is attractive for large-scale integrated optical quantum systems thanks to the multi-channel RF reflectometry demonstrated with frequency multiplexing techniques.
• Abstract（参考訳）: 固体中の単一光中心の効率的な検出は、量子情報処理、センシング、単一光子生成に不可欠である。 本研究では, 高周波反射法を用いてsi中の1つのer$^{3+}$イオンによって誘起される光電離を電気的に検出する。 RF反射計の高帯域幅と感度は、光イオン化検出のための100ns以下の時間分解能を提供する。 この方法では、siナノトランジスタ内の1つのer$^{3+}$イオンの光学励起状態の寿命を初めて測定し、0.049$\pm$ 0.04$\mu$sとなる。 本研究は,er励起と緩和によって引き起こされる電荷状態変化を効率的に検出する手法を示す。 このアプローチは固体中の他の単一光中心の高速読み出しに利用することができ、周波数多重化技術で示されるマルチチャンネルrf反射法のおかげで、大規模集積光量子システムにとって魅力的である。

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