論文の概要: Scalable construction of hybrid quantum photonic cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.03851v1
• Date: Fri, 4 Oct 2024 18:36:39 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-02 15:50:43.474314
• Title: Scalable construction of hybrid quantum photonic cavities
• Title（参考訳）: ハイブリッド量子フォトニックキャビティのスケーラブルな構築
• Authors: Andrew S. Greenspon, Mark Dong, Ian Christen, Gerald Gilbert, Matt Eichenfield, Dirk Englund,
• Abstract要約: 本稿では、2つの異種光学材料間の選択波長で微調整可能なPhCキャビティを生成する概念を紹介する。 この空洞は、加工が容易な材料の上に、簡単な導波路ジオメトリでハード・トゥ・プロセス材料を突き刺して形成されている。 キャビティ結合ダイヤモンドカラーセンタの配列に基づく多重量子リピータの特に困難な設計問題に対する我々の概念をシミュレートする。
• 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: Nanophotonic resonators are central to numerous applications, from efficient spin-photon interfaces to laser oscillators and precision sensing. A leading approach consists of photonic crystal (PhC) cavities, which have been realized in a wide range of dielectric materials. However, translating proof-of-concept devices into a functional system entails a number of additional challenges, inspiring new approaches that combine: resonators with wavelength-scale confinement and high quality factors; scalable integration with integrated circuits and photonic circuits; electrical or mechanical cavity tuning; and, in many cases, a need for heterogeneous integration with functional materials such as III-V semiconductors or diamond color centers for spin-photon interfaces. Here we introduce a concept that generates a finely tunable PhC cavity at a select wavelength between two heterogeneous optical materials whose properties satisfy the above requirements. The cavity is formed by stamping a hard-to-process material with simple waveguide geometries on top of an easy-to-process material consisting of dielectric grating mirrors and active tuning capability. We simulate our concept for the particularly challenging design problem of multiplexed quantum repeaters based on arrays of cavity-coupled diamond color centers, achieving theoretically calculated unloaded quality factors of $10^6$, mode volumes as small as $1.2(\lambda/n_{eff})^3$, and maintaining >60 percent total on-chip collection efficiency of fluorescent photons. We further introduce a method of low-power piezoelectric tuning of these hybrid diamond cavities, simulating optical resonance shifts up to ~760 GHz and color center fluorescence tuning of 5 GHz independent of cavity tuning. These results will motivate integrated photonic cavities toward larger scale systems-compatible designs.
• Abstract（参考訳）: ナノフォトニック共振器は、効率的なスピン光子界面からレーザー発振器、精密センシングまで、多くの応用の中心となっている。 先導的なアプローチは、幅広い誘電体材料で実現されたフォトニック結晶(PhC)キャビティである。 しかし、概念実証装置を機能システムに変換するには、波長スケールの閉じ込めと高品質な要素を持つ共振器、集積回路とフォトニック回路とのスケーラブルな統合、電気的または機械的キャビティチューニング、そして多くの場合、スピンフォトロンインタフェースのためのIII-V半導体やダイヤモンドカラーセンターのような機能性材料との不均一な統合の必要性など、多くの新しいアプローチを刺激する。 ここでは、上記要件を満たす2つの異種光学材料間の選択波長で微調整可能なPhCキャビティを生成する概念を紹介する。 この空洞は、誘電体格子ミラーとアクティブチューニング機能からなる容易な加工材料の上に、簡単な導波路ジオメトリでハード・トゥ・プロセス材料をスタンプして形成されている。 キャビティ結合ダイヤモンドカラーセンタの配列に基づく多重化量子リピータの特に困難な設計問題に対する我々の概念をシミュレートし、理論的に計算された未負荷品質係数10^6$、モードボリュームが1.2(\lambda/n_{eff})^3$、蛍光光子の合計60パーセント以上を維持した。 さらに、これらのハイブリッドダイヤモンドキャビティの低消費電力圧電チューニング法を導入し、光共鳴シフトを最大760GHzまでシミュレーションし、キャビティチューニングとは無関係に5GHzのカラー中心蛍光チューニングを行う。 これらの結果は、より大規模なシステム互換設計への統合フォトニックキャビティの動機付けとなる。

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