論文の概要: Indistinguishable telecom band photons from a single erbium ion in the
solid state
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.03564v1
- Date: Mon, 9 Jan 2023 18:29:53 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-10 18:49:48.952001
- Title: Indistinguishable telecom band photons from a single erbium ion in the
solid state
- Title（参考訳）: 固体中の1つのエルビウムイオンからの識別不能な通信帯域光子
- Authors: Salim Ourari, {\L}ukasz Dusanowski, Sebastian P. Horvath, Mehmet T.
Uysal, Christopher M. Phenicie, Paul Stevenson, Mouktik Raha, Songtao Chen,
Robert J. Cava, Nathalie P. de Leon, and Jeff D. Thompson
- Abstract要約: 我々はEr$3+$をCaWO$_4$に注入し、非極性サイト対称性と核スピンからの脱コヒーレンスを結合し、バックグラウンドレアアースイオンを含まない物質とする。
単走査光線幅は150kHz、長期スペクトル拡散は63kHzであり、どちらも21kHzの紫外光線幅に近い。
これは、単一のEr$3+$イオンを持つテレコムバンド量子リピータネットワークの構築に向けた重要なステップである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Atomic defects in the solid state are a key component of quantum repeater
networks for long-distance quantum communication. Recently, there has been
significant interest in rare earth ions, in particular Er$^{3+}$ for its
telecom-band optical transition, but their application has been hampered by
optical spectral diffusion precluding indistinguishable single photon
generation. In this work we implant Er$^{3+}$ into CaWO$_4$, a material that
combines a non-polar site symmetry, low decoherence from nuclear spins, and is
free of background rare earth ions, to realize significantly reduced optical
spectral diffusion. For shallow implanted ions coupled to nanophotonic cavities
with large Purcell factor, we observe single-scan optical linewidths of 150 kHz
and long-term spectral diffusion of 63 kHz, both close to the Purcell-enhanced
radiative linewidth of 21 kHz. This enables the observation of Hong-Ou-Mandel
interference between successively emitted photons with high visibility,
measured after a 36 km delay line. We also observe spin relaxation times $T_1$
= 3.7 s and $T_2$ > 200 $\mu$s, with the latter limited by paramagnetic
impurities in the crystal instead of nuclear spins. This represents a
significant step towards the construction of telecom-band quantum repeater
networks with single Er$^{3+}$ ions.
- Abstract（参考訳）: 固体の原子欠陥は長距離量子通信における量子リピータネットワークの重要な構成要素である。
近年、希土類イオン、特に通信帯域の光遷移には er$^{3+}$ が注目されているが、その応用は識別不能な単一光子生成を妨げる光学スペクトル拡散によって妨げられている。
本研究では,非極性サイト対称性と核スピンからの低デコヒーレンスを結合し,背景希土類イオンを含まない物質であるcawo$_4$にer$^{3+}$を注入し,光学的スペクトル拡散を著しく低減する。
ナノフォトニックキャビティと大きなPurcell因子を結合した浅層イオンに対して、単走査光線幅150kHz、長期スペクトル拡散63kHzを観測した。
これにより、36kmの遅延線で測定された高視認性光子間のホン・ウー・マンデル干渉の観測が可能になる。
また、スピン緩和時間 $T_1$ = 3.7 s と $T_2$ > 200$\mu$s も観察し、後者は核スピンの代わりに結晶内の常磁性不純物によって制限される。
これは単一の er$^{3+}$ イオンを持つ通信帯域量子リピータネットワークの構築への大きな一歩である。
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