論文の概要: Modeling of an efficient singlet-triplet spin qubit to photon interface assisted by a photonic crystal cavity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.18690v1
• Date: Sat, 28 Oct 2023 12:08:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-31 17:07:37.561501
• Title: Modeling of an efficient singlet-triplet spin qubit to photon interface assisted by a photonic crystal cavity
• Title（参考訳）: フォトニック結晶空洞を用いた効率的な一重項スピン量子ビットの光子界面へのモデリング
• Authors: Kui Wu, Sebastian Kindel, Thomas Descamps, Tobias Hangleiter, Jan Christoph M\"uller, Rebecca Rodrigo, Florian Merget, Hendrik Bluhm, and Jeremy Witzens
• Abstract要約: 我々は,シングルトリップスピンキュービットとフォトニックキュービットとの間の新しいインタフェースの抽出効率を最適化する。 界面は220nmの厚いGaAs/AlGaAsヘテロ構造膜に基づいている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.468441542185068
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Efficient interconnection between distant semiconductor spin qubits with the help of photonic qubits would offer exciting new prospects for future quantum communication applications. In this paper, we optimize the extraction efficiency of a novel interface between a singlet-triplet spin qubit and a photonic qubit. The interface is based on a 220 nm thick GaAs/AlGaAs heterostructure membrane and consists of a gate-defined double quantum dot (GDQD) supporting a singlet-triplet qubit, an optically active quantum dot (OAQD) consisting of a gate-defined exciton trap, a photonic crystal cavity providing in-plane optical confinement and efficient out-coupling to an ideal free space Gaussian beam while accommodating the gate wiring of the GDQD and OAQD, and a bottom gold reflector to recycle photons and increase the optical extraction efficiency. All essential components can be lithographically defined and deterministically fabricated on the GaAs/AlGaAs heterostructure membrane, which greatly increases the scalability of on-chip integration. According to our simulations, the interface provides an overall coupling efficiency of 28.7% into a free space Gaussian beam, assuming an SiO2 interlayer filling the space between the reflector and the membrane. The performance can be further increased by undercutting this SiO2 interlayer below the photonic crystal. In this case, the overall efficiency is calculated to be 48.5%.
• Abstract（参考訳）: フォトニック量子ビットの助けを借りて、遠方の半導体スピン量子ビット間の効率的な相互接続は、将来の量子通信応用にエキサイティングな新しい可能性をもたらす。 本稿では、一重項スピン量子ビットとフォトニック量子ビットの間の新しい界面の抽出効率を最適化する。 The interface is based on a 220 nm thick GaAs/AlGaAs heterostructure membrane and consists of a gate-defined double quantum dot (GDQD) supporting a singlet-triplet qubit, an optically active quantum dot (OAQD) consisting of a gate-defined exciton trap, a photonic crystal cavity providing in-plane optical confinement and efficient out-coupling to an ideal free space Gaussian beam while accommodating the gate wiring of the GDQD and OAQD, and a bottom gold reflector to recycle photons and increase the optical extraction efficiency. 全ての必須成分は、GaAs/AlGaAsヘテロ構造膜上にリソグラフィで定義および決定的に作製することができ、オンチップ統合のスケーラビリティを大幅に向上させる。 シミュレーションによれば、この界面は、反射体と膜の間の空間を埋めるSiO2層を仮定して、自由空間ガウスビームに28.7%の結合効率を提供する。 フォトニック結晶の下方にこのSiO2層をアンダーカットすることでさらに性能を向上させることができる。 この場合、全体の効率は48.5%と計算される。

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