論文の概要: Diamond optomechanical cavity with a color center for
microwave-to-optical quantum interfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.08306v2
- Date: Tue, 17 Oct 2023 15:31:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-18 21:48:05.585919
- Title: Diamond optomechanical cavity with a color center for
microwave-to-optical quantum interfaces
- Title（参考訳）: マイクロ波-光量子界面用カラーセンタ付きダイヤモンド光機械的キャビティ
- Authors: Byunggi Kim, Hodaka Kurokawa, Katsuta Sakai, Kazuki Koshino, Hideo
Kosaka, and Masahiro Nomura
- Abstract要約: 本稿では,1次元のダイヤモンド光結晶空洞を,光学的結合を伴わずに色中心の放射に調整した効率的な量子トランスダクション手法を提案する。
コヒーレントな色中心電子のエネルギーレベルは16.4MHzまでの強いメカニカルモード-色中心電子結合速度で操作される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.355198928855678
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum transduction between microwave and optical photons plays a key role
in quantum communication among remote qubits. Although the quantum transduction
schemes generating communication photons have been successfully demonstrated by
using optomechanical interfaces, the low conversion efficiency remains an
obstacle to the implementation of a quantum network consisting of multiple
qubits. Here, we present an efficient quantum transduction scheme using a
one-dimensional diamond optomechanical crystal cavity tuned at a color-center
emission without optomechanical coupling. The optomechanical crystal cavity
incorporates a thin aluminum nitride (AlN) pad piezoelectric coupler near the
concentrator cavity region, while retaining ultrasmall mechanical and optical
mode volumes of about 1.5 \times 10^{-4} and ~0.2({\lambda}/n)^3, respectively.
The energy level of a coherent color-center electron is manipulated by a strong
mechanical-mode-color-center electron-coupling rate up to 16.4MHz. In our
system, we theoretically predict that the population-conversion efficiency from
a single microwave photon into an optical photon can reach 15% combined with
current technologies. The coherent conversion efficiency is over 10% with a
reasonably pure decay time of T^2_{*} > 10 ns. Our results imply that an atomic
color center strongly coupled to the optomechanical crystal cavity will offer a
highly efficient quantum transduction platform.
- Abstract（参考訳）: マイクロ波と光子間の量子伝達は、遠隔量子ビット間の量子通信において重要な役割を果たす。
通信光子を生成する量子トランスダクション方式はオプティメカルインタフェースを用いて実証されているが、低変換効率は複数の量子ビットからなる量子ネットワークの実装の障害として残っている。
本稿では,光メカニカルカップリングを伴わないカラーセンターエミッションで調律された1次元ダイヤモンド光メカニカル結晶空洞を用いた効率的な量子変換法を提案する。
光学結晶キャビティは、集光器キャビティ領域付近に窒化アルミニウム(AlN)パッド圧電カプラを内蔵し、それぞれ1.5\times 10^{-4}および~0.2({\lambda}/n)^3の超小径のメカニカルおよび光学モードボリュームを保持する。
コヒーレントな色中心電子のエネルギーレベルは16.4MHzまでの強いメカニカルモード-色中心電子結合速度で操作される。
本システムでは, 単一マイクロ波光子から光子への集団変換効率が, 現在の技術と組み合わせて15%に達することを理論的に予測する。
コヒーレント変換効率は10%以上であり、T^2_{*} > 10 ns の適度に純粋な崩壊時間である。
この結果から,原子色中心を光学結晶空洞に強く結合させることで,高効率な量子トランスダクションプラットフォームが得られることが示唆された。
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