論文の概要: Investigation of Rare-Earth Ion-Photon Interaction and Strong Coupling in Optical Microcavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.09863v1
• Date: Mon, 14 Apr 2025 04:19:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-22 23:42:28.476699
• Title: Investigation of Rare-Earth Ion-Photon Interaction and Strong Coupling in Optical Microcavities
• Title（参考訳）: 光マイクロキャビティにおける希土類イオン-光子相互作用と強結合の研究
• Authors: Quanshen Shen, Wentao Ji, Junyu Guan, Li Qian, Zihua Chai, ChangKui Duan, Ya Wang, Kangwei Xia,
• Abstract要約: マイクロキャビティに希土類イオンを結合してオンチップ量子ネットワークを実現する手法を提案する。 このアプローチの拡張として、結合系は局所およびフライングキュービットの量子絡み合いを効率的に達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3123134450601412
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The strong coupling between an emitter and a cavity is significant for advancing quantum networks. Due to their long optical and spin coherence times, rare-earth ions (REIs) represent a compelling platform for quantum networks. However, their inherently weak intra-4f optical transitions typically result in low coupling strength, thus restricting most current achievements to the weak coupling regime. This work proposes a scheme to realize an on-chip quantum network by coupling REIs to high-quality whispering gallery mode (WGM) microcavities. Additionally, we provide numerical validation for a parametric amplification technique to enhance the emitter-cavity coupling strength. As an extension of this approach, the coupled system efficiently achieves the quantum entanglement of local and flying qubits. This study deepens the understanding of emitter-cavity interactions and contributes to realizing REIs-based photonic platforms, which are crucial to distributed quantum computing and developing robust quantum networks.
• Abstract（参考訳）: エミッタとキャビティの強い結合は、量子ネットワークを前進させる上で重要である。 長い光学的およびスピンコヒーレンス時間のため、レアアースイオン(REI)は量子ネットワークの魅力的なプラットフォームである。 しかし、その本質的に弱い4f内部の光学遷移は典型的には結合強度が低いため、ほとんどの現在の成果は弱い結合状態に制限される。 本研究では,REIを高品質なギャラリーモード(WGM)マイクロキャビティに結合することで,オンチップ量子ネットワークを実現する手法を提案する。 さらに,エミッタ・キャビティ結合強度を高めるためにパラメトリック増幅法の数値検証を行う。 このアプローチの拡張として、結合系は局所およびフライングキュービットの量子絡み合いを効率的に達成する。 本研究では,エミッタ・キャビティ相互作用の理解を深め,分散量子コンピューティングとロバスト量子ネットワークの発展に不可欠であるREIsベースのフォトニックプラットフォームの実現に寄与する。

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