論文の概要: Spin-Photon Correlations from a Purcell-enhanced Diamond Nitrogen-Vacancy Center Coupled to an Open Microcavity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.20722v1
• Date: Wed, 25 Jun 2025 18:00:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-27 19:53:09.834383
• Title: Spin-Photon Correlations from a Purcell-enhanced Diamond Nitrogen-Vacancy Center Coupled to an Open Microcavity
• Title（参考訳）: オープンマイクロキャビティに結合したパーセル強化ダイヤモンド窒素空洞からのスピン-光子相関
• Authors: Julius Fischer, Yanik Herrmann, Cornelis F. J. Wolfs, Stijn Scheijen, Maximilian Ruf, Ronald Hanson,
• Abstract要約: スピン量子ビットと単一光子の間の効率的なインターフェースは、量子科学と技術にとって重要なシステムである。 オープンマイクロキャビティを接続したコヒーレント制御ダイヤモンド窒素空孔中心電子スピン量子ビットについて報告する。 2-qubitおよび3-qubitのスピン光子状態を生成し、光子時間ビン量子ビットとスピン量子ビットの間の2-qubitZ-basis相関を測定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: An efficient interface between a spin qubit and single photons is a key enabling system for quantum science and technology. We report on a coherently controlled diamond nitrogen-vacancy center electron spin qubit that is optically interfaced with an open microcavity. Through Purcell enhancement and an asymmetric cavity design, we achieve efficient collection of resonant photons, while on-chip microwave lines allow for spin qubit control at a 10 MHz Rabi frequency. With the microcavity tuned to resonance with the nitrogen-vacancy center's optical transition, we use excited state lifetime measurements to determine a Purcell factor of 7.3 $\pm$ 1.6. Upon pulsed resonant excitation, we find a coherent photon detection probability of 0.5 % per pulse. Although this result is limited by the finite excitation probability, it already presents an order of magnitude improvement over the solid immersion lens devices used in previous quantum network demonstrations. Furthermore, we use resonant optical pulses to initialize and read out the electron spin. By combining the efficient interface with spin qubit control, we generate two-qubit and three-qubit spin-photon states and measure heralded Z-basis correlations between the photonic time-bin qubits and the spin qubit.
• Abstract（参考訳）: スピン量子ビットと単一光子の間の効率的なインターフェースは、量子科学と技術にとって重要なシステムである。 我々は, オープンマイクロキャビティと光学的に接続した, コヒーレント制御ダイヤモンド窒素空孔中心電子スピン量子ビットについて報告する。 パーセルエンハンスメントと非対称キャビティ設計により、共鳴光子の効率的な収集を実現し、オンチップマイクロ波線は10MHzのRabi周波数でスピン量子ビット制御を可能にする。 窒素空洞中心の光学遷移と共鳴するように調整された微小キャビティにより、励起状態寿命測定を用いてパーセル係数を7.3$\pm$1.6とする。 パルス共鳴励起により、コヒーレント光子検出確率は1パルスあたり0.5%となる。 この結果は有限励起確率によって制限されるが、以前の量子ネットワークの実演で使用される固体没入レンズデバイスに対して、既に桁違いに改善されている。 さらに、共鳴光パルスを用いて電子スピンを初期化し読み出す。 効率的なインタフェースとスピンキュービット制御を組み合わせることで、2量子および3量子スピン光子状態を生成し、フォトニック時間-ビン量子ビットとスピンキュービット間の有意なZ基底相関を測定する。

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