論文の概要: Modular chip-integrated photonic control of artificial atoms in diamond nanostructures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.03693v1
• Date: Mon, 9 Jan 2023 21:49:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-01-11 17:02:42.179863
• Title: Modular chip-integrated photonic control of artificial atoms in diamond nanostructures
• Title（参考訳）: ダイヤモンドナノ構造における人工原子のモジュールチップ集積フォトニック制御
• Abstract要約: ダイヤモンド中の原子に似たエミッタは、光学的にネットワーク化された量子メモリのリードシステムとして登場した。 ダイヤモンドナノ構造に埋め込まれた圧電駆動型原子制御PICと人工原子のモジュラーアーキテクチャを導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: A central goal in creating long-distance quantum networks and distributed quantum computing is the development of interconnected and individually controlled qubit nodes. Atom-like emitters in diamond have emerged as a leading system for optically networked quantum memories, motivating the development of visible-spectrum, multi-channel photonic integrated circuit (PIC) systems for scalable atom control. However, it has remained an open challenge to realize optical programmability with a qubit layer that can achieve high optical detection probability over many optical channels. Here, we address this problem by introducing a modular architecture of piezoelectrically-actuated atom-control PICs (APICs) and artificial atoms embedded in diamond nanostructures designed for high-efficiency free-space collection. The high-speed 4-channel APIC is based on a splitting tree mesh with triple-phase shifter Mach-Zehnder interferometers. This design simultaneously achieves optically broadband operation at visible wavelengths, high-fidelity switching ($> 40$ dB) at low voltages, sub-$\mu$s modulation timescales ($> 30$ MHz), and minimal channel-to-channel crosstalk for repeatable optical pulse carving. Via a reconfigurable free-space interconnect, we use the APIC to address single silicon vacancy color centers in individual diamond waveguides with inverse tapered couplers, achieving efficient single photon detection probabilities (15$\%$) and second-order autocorrelation measurements $g^{(2)}(0) < 0.14$ for all channels. The modularity of this distributed APIC - quantum memory system simplifies the quantum control problem, potentially enabling further scaling to 1000s of channels.
• Abstract（参考訳）: 長距離量子ネットワークと分散量子コンピューティングの構築における中心的な目標は、相互接続および個別に制御された量子ビットノードの開発である。 ダイヤモンド中の原子様エミッタは、可視スペクトル多チャネルフォトニック集積回路(PIC)システムの開発を動機とした光ネットワーク量子メモリの先駆的なシステムとして出現している。 しかし、多くの光チャネルで高い光学検出確率を達成できる量子ビット層による光プログラム性を実現することは、まだ未解決の課題である。 本稿では,高効率自由空間収集のために設計されたダイヤモンドナノ構造に埋め込まれた圧電駆動型原子制御画像(apics)と人工原子のモジュラーアーキテクチャを導入することで,この問題に対処する。 高速4チャンネルAPICは三相シフト器マッハ・ツェンダー干渉計を備えた分割木メッシュに基づいている。 この設計は同時に可視波長での光ブロードバンド動作、低電圧での高忠実スイッチング(40$dB)、サブユーロ変調時間スケール(30$MHz)、繰り返し可能な光パルス彫刻のための最小チャネル間クロストークを実現する。 再構成可能な自由空間相互接続により、apicを用いて、逆テーパー付きカプラで個々のダイヤモンド導波路内の単一のシリコン空白色中心に対処し、効率的な単一光子検出確率 (15$\%$) と2次自己相関測定 $g^{(2)}(0) < 0.14$ を達成する。 この分散apicのモジュール性 - 量子メモリシステムは、量子制御問題を単純化し、1000チャネルまでのさらなるスケーリングを可能にする。

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