論文の概要: Robust Microwave-Optical Photon Conversion Using Cavity Modes Strongly Hybridized with a Color Center Ensemble
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.16775v1
- Date: Mon, 24 Feb 2025 02:11:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-25 15:52:25.614503
- Title: Robust Microwave-Optical Photon Conversion Using Cavity Modes Strongly Hybridized with a Color Center Ensemble
- Title（参考訳）: カラー中心アンサンブルを強いハイブリッド化したキャビティモードを用いたロバストマイクロ波光子変換
- Authors: M Khalifa, P S Kirwin, Jeff F Young, J Salfi,
- Abstract要約: スピン持ち色中心のアンサンブルを用いた双方向マイクロ波光変換器を提案する。
より強力な非線形性を見出すことができ、必要な協調性を得ることができる。
その結果,マイクロ波光コンバータを用いた量子ネットワークへの新たな経路が開かれた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: A microwave-optical photon converter with high efficiency ($>50$ %) and low added noise ($\ll 1$ photon) could enable the creation of scalable quantum networks where quantum information is distributed optically and processed in the microwave regime. However, integrated converters demonstrated to date lack sufficient co-operativity or are too lossy to provide the required performance. Here we propose a bi-directional microwave-optical converter employing an ensemble of spin-bearing color centers hosted within a high-Q Si photonic resonator and coupled magnetically to a high-Q superconducting microwave resonator. We develop a theory for microwave-optical conversion when the ensemble of centers is strongly hybridized with one or both cavities, and find a counterintuitive operating point where microwave and optical photons are tuned to bare center/cavity resonances. Compared to the perturbative coupling regime, we find a substantially enhanced nonlinearity, making it possible to obtain the required co-operativity with reduced pump- and center-induced losses, and improved robustness to optical inhomogeneous broadening. Taking color center and optical pump-induced losses into account in both the Si photonic and superconducting resonators, we find that $\sim 95$ % total efficiency and added noise $\ll 1$ quanta is possible at low ($\mu$W) pump powers for both Er- and T-centers in Si. Our results open new pathways towards quantum networks using microwave-optical converters.
- Abstract（参考訳）: マイクロ波光子変換器は、高効率(50$%)で低付加ノイズ($\ll 1$ photon)で、量子情報を光学的に分散しマイクロ波で処理するスケーラブルな量子ネットワークを作成することができる。
しかし、統合コンバータは、現在十分な協調性がないか、必要となる性能を提供するには不十分であることを示した。
本稿では、高QSiフォトニック共振器内にホストされ、高Q超伝導マイクロ波共振器に磁気結合されたスピン結合色中心のアンサンブルを用いた双方向マイクロ波光変換器を提案する。
中心のアンサンブルが1つまたは両方のキャビティと強くハイブリッド化されている場合、マイクロ波光変換の理論を開発し、マイクロ波光子と光光子をベアセンター/キャビティ共鳴にチューニングする直感的動作点を求める。
摂動結合系と比較して、非線形性が大幅に向上し、ポンプやセンターによる損失を低減し、光学的不均質化に対するロバスト性を向上させることができる。
色中心と光ポンプによる損失をSiフォトニック共振器と超伝導共振器の両方で考慮すると、SiのEr中心とT中心の両方に対して、合計効率が95$%、ノイズが$\ll 1$ Quantaを低出力(\mu$W)で得ることが分かる。
その結果,マイクロ波光コンバータを用いた量子ネットワークへの新たな経路が開かれた。
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