論文の概要: Optical coherence properties of Kramers' rare-earth ions at the
nanoscale for quantum applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02054v1
- Date: Fri, 3 Mar 2023 16:23:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-06 14:10:45.273416
- Title: Optical coherence properties of Kramers' rare-earth ions at the
nanoscale for quantum applications
- Title（参考訳）: 量子応用のためのナノスケールにおけるクラマース希土類イオンの光コヒーレンス特性
- Authors: Mohammed K. Alqedra, Chetan Deshmukh, Shuping Liu, Diana Serrano,
Sebastian P. Horvath, Safi Rafie-Zinedine, Abdullah Abdelatief, Lars Rippe,
Stefan Kr\"oll, Bernardo Casabone, Alban Ferrier, Alexandre Tallaire,
Philippe Goldner, Hugues de Riedmatten, and Andreas Walther
- Abstract要約: 希土類(RE)イオンをドープしたナノ材料は、様々な量子技術応用の候補として期待されている。
Reイオンのうち、いわゆるKramersイオンは低磁場でGHz範囲でスピン遷移を持つ。
我々は、これらの材料を量子技術に応用することに関連する分光特性を計測する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.30071614056703
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Rare-earth (RE) ion doped nano-materials are promising candidates for a range
of quantum technology applications. Among RE ions, the so-called Kramers' ions
possess spin transitions in the GHz range at low magnetic fields, which allows
for high-bandwidth multimode quantum storage, fast qubit operations as well as
interfacing with superconducting circuits. They also present relevant optical
transitions in the infrared. In particular, Er$^{3+}$ has an optical transition
in the telecom band, while Nd$^{3+}$ presents a high-emission-rate transition
close to 890 nm. In this paper, we measure spectroscopic properties that are of
relevance to using these materials in quantum technology applications. We find
the inhomogeneous linewidth to be 10.7 GHz for Er$^{3+}$ and 8.2 GHz for
Nd$^{3+}$, and the excited state lifetime T$_1$ to be 13.68 ms for Er$^{3+}$
and 540 $\mu$s for Nd$^{3+}$. We study the dependence of homogeneous linewidth
on temperature for both samples, with the narrowest linewidth being 379 kHz
(T$_2$ = 839 ns) for Er$^{3+}$ measured at 3 K, and 62 kHz (T$_2$ = 5.14
$\mu$s) for Nd$^{3+}$ measured at 1.6 K. Further, we investigate time-dependent
homogeneous linewidth broadening due to spectral diffusion and the dependence
of homogeneous linewidth on magnetic field, in order to get additional clarity
of mechanisms that can influence the coherence time. In light of our results,
we discuss two applications: single qubit-state readout and a Fourier-limited
single photon source.
- Abstract（参考訳）: 希土類(RE)イオンドープナノ材料は、様々な量子技術応用の候補として期待されている。
reイオンのうち、いわゆるクラマーズイオンは、低磁場下でghz帯のスピン遷移を持ち、高帯域幅のマルチモード量子ストレージ、高速量子ビット演算、超伝導回路との相互作用を可能にする。
また、赤外における関連する光学遷移を示す。
特に、Er$^{3+}$は通信帯域の光遷移を持ち、Nd$^{3+}$は890nmに近い高エミッションレート遷移を示す。
本稿では,これらの材料を量子技術で利用することに関連する分光特性を測定する。
不均質な線幅は er$^{3+}$ に対して 10.7 ghz であり、nd$^{3+}$ に対して 8.2 ghz であり、励起状態の寿命 t$_1$ は er$^{3+}$ に対して 13.68 ms であり、nd$^{3+}$ に対して 540$\mu$s である。
両試料の温度に対する均一線幅の依存性について検討し、最も狭い線幅は3Kで測定されたEr$^{3+$の379 kHz (T$_2$ = 839 ns)、1.6Kで測定されたNd$^{3+$の62 kHz (T$_2$ = 5.14 $\mu$s)である。
この結果を踏まえ,単一量子状態読み出しとフーリエ制限付き単一光子源の2つの応用について検討した。
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