論文の概要: Erbium Quantum Memory Platform with Long Optical Coherence via Back-End of Line Deposition on Foundry-Fabricated Photonics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.17557v1
- Date: Sat, 21 Jun 2025 02:52:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-24 19:06:36.47341
- Title: Erbium Quantum Memory Platform with Long Optical Coherence via Back-End of Line Deposition on Foundry-Fabricated Photonics
- Title（参考訳）: 極長光コヒーレンスを有するエルビウム量子記憶プラットフォーム
- Authors: Shobhit Gupta, Robert M. Pettit, Ananthesh Sundaresh, Vasileios Niaouris, Skylar Deckoff-Jones, Daniel P. Crowley, Lewis G. Carpenter, Alan M. Dibos, Manish Kumar Singh, Sean E. Sullivan,
- Abstract要約: この研究は、量子メモリプラットフォームと低損失のファウントリー回路のバックエンド・オブ・ラインデポジションによるモノリシックな統合を実証する。
窒化ケイ素ナノフォトニック導波路に酸化チタン(mathrmTiO$)の薄膜を堆積し,Er光コヒーレンスについて検討した。
結果は最先端のエルビウムデバイスに匹敵する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.134821740580602
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Realizing scalable quantum interconnects necessitates the integration of solid-state quantum memories with foundry photonics processes. While prior photonic integration efforts have relied upon specialized, laboratory-scale fabrication techniques, this work demonstrates the monolithic integration of a quantum memory platform with low-loss foundry photonic circuits via back-end-of-line deposition. We deposited thin films of titanium dioxide ($\mathrm{TiO_2}$) doped with erbium (Er) onto silicon nitride nanophotonic waveguides and studied Er optical coherence at sub-Kelvin temperatures with photon echo techniques. We suppressed optical dephasing through ex-situ oxygen annealing and optimized measurement conditions, which yielded an optical coherence time of 64 $\mu$s (a 5 kHz homogeneous linewidth) and slow spectral diffusion of 27 kHz over 4 ms, results that are comparable to state-of-the-art erbium devices. Combined with second-long electron spin lifetimes and demonstrated electrical control of Er emission, our findings establish Er:$\mathrm{TiO_2}$ on foundry photonics as a manufacturable platform for ensemble and single-ion quantum memories.
- Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子相互接続を実現するには、固体量子メモリとファストリーフォトニクスプロセスの統合が必要である。
これまでのフォトニック集積の取り組みは、特殊で実験室規模の製造技術に依存していたが、この研究は、量子メモリプラットフォームと低損失のファウントリーフォトニック回路のバック・オブ・ラインデポジションによるモノリシックな統合を実証した。
ニッケル(Er)を添加した二酸化チタン(\mathrm{TiO_2}$)の薄膜を窒化ケイ素ナノフォトニック導波管に堆積し,光子エコー法によるケルビン下温度でのEr光コヒーレンスの研究を行った。
その結果,オプティカルコヒーレンス時間64$\mu$s (5kHz均質線幅) と27kHz/4msの低スペクトル拡散が得られた。
Er:$\mathrm{TiO_2}$は、電子スピン寿命2年の寿命とEr放出の電気的制御の実証と組み合わせて、Er:$\mathrm{TiO_2}$をアンサンブルと単一イオン量子メモリのための製造可能なプラットフォームとして確立した。
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