論文の概要: End-to-end physics-based modeling of laser-activated color centers in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.17240v1
• Date: Tue, 28 Jan 2025 19:01:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-30 15:53:21.709182
• Title: End-to-end physics-based modeling of laser-activated color centers in silicon
• Title（参考訳）: エンド・ツー・エンド物理に基づくシリコン中のレーザー励起色中心のモデリング
• Authors: Qiushi Gu, Valeria Saggio, Camille Papon, Alessandro Buzzi, Ian Christen, Christopher Panuski, Carlos Errando-Herranz, Dirk Englund,
• Abstract要約: 色中心の形成過程をキャプチャするエンド・ツー・エンドの第一原理モデルを開発した。 また、ナノフォトニックデバイスにおける色中心のその場決定論的活性化の課題にも対処する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.7054351451505
• License:
• Abstract: Color centers are among the most promising candidates for quantum information processing. Central requirements for their practical applications include controlled and efficient local activation in nanophotonic devices and identical spectral features. However, producing color centers in a controlled and reliable way is inherently challenging due to the lack of comprehensive theoretical insights into their formation and the difficulty of streamlining the generation process for rapid in-situ optimization. We address these challenges by developing an end-to-end first-principles model that captures the underlying formation process of color centers. Emitters are activated through laser annealing, which allows for in-situ creation and the possibility of model-based control. Notably, our model enables the estimation of the emitters' inhomogeneous broadening down to 16 GHz in bare silicon, which translates into the creation of emitters with highly similar spectral properties. Finally, we address the challenge of in-situ deterministic activation of color centers in nanophotonic devices by going beyond bare silicon and demonstrating successful laser writing in photonic crystal optical cavities. These results lay the foundation for deterministic and large-scale integration of color centers within quantum photonic platforms.
• Abstract（参考訳）: カラーセンターは、量子情報処理の最も有望な候補の一つである。 実用用途における中心的な要件は、ナノフォトニクスデバイスにおける制御された効率的な局所活性化と同一のスペクトル特性である。 しかし、色中心を制御・信頼性のある方法で生成することは、その形成に関する包括的な理論的知見の欠如と、高速なその場最適化のための生成プロセスの合理化が難しいため、本質的に困難である。 色中心の形成過程をキャプチャするエンド・ツー・エンドの第一原理モデルを開発することで,これらの課題に対処する。 エミッタはレーザーアニールによって活性化され、その場で生成でき、モデルベースの制御が可能となる。 特に, このモデルにより, ベアシリコンの16GHzまで均一に膨張するエミッタを推定することが可能となり, スペクトル特性に非常によく似たエミッタの生成が可能となった。 最後に、ナノフォトニックデバイスにおける色中心のその場決定的活性化の課題を、素シリコンを超えて光結晶光学キャビティにおけるレーザー書き込みを成功させることによって解決する。 これらの結果は、量子フォトニックプラットフォーム内の色中心の決定論的かつ大規模な統合の基礎となった。

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