論文の概要: Erbium-Doped Fibre Quantum Memory for Chip-Integrated Quantum-Dot Single Photons at 980 nm

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.01416v1
• Date: Sat, 02 Aug 2025 15:48:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-05 18:25:21.870828
• Title: Erbium-Doped Fibre Quantum Memory for Chip-Integrated Quantum-Dot Single Photons at 980 nm
• Title（参考訳）: 980nmにおけるチップ集積量子ドット単一光子のエルビウムドープファイバー量子メモリ
• Authors: Nasser Gohari Kamel, Arsalan Mansourzadeh, Ujjwal Gautam, Vinaya Kumar Kavatamane, Ashutosh Singh, Edith Yeung, David B. Northeast, Paul Barclay, Philip J. Poole, Dan Dalacu, Daniel Oblak,
• Abstract要約: InAsP/InPナノワイヤ量子ドット(QD)とガラス繊維(エルビウムドープファイバ、EDF)にドープされたEr$3+$イオンに基づく固体QMとの間のコヒーレントなハイブリッド光物質界面を初めて実験的に実現した。 InAsP/InPナノワイヤQDの発光スペクトルは、低温下でのEDFの吸収帯域幅980nmと一致し、2つの系間の効率的な相互作用を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1592317652525155
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The realization of long-distance quantum communication and the envisioned quantum internet relies on coherent hybrid light-matter interfaces connecting quantum light emitters with quantum memory (QM) systems. Unlike probabilistic photon pair sources such as spontaneous parametric down-conversion, deterministic quantum light emitters enable the on-demand production of pure and bright single and entangled photons, essential for scalable quantum networks. In this work, we present the first experimental realization of a coherent hybrid light-matter interface between a chip-integrated InAsP/InP nanowire quantum dot (QD) and a solid-state QM based on Er$^{3+}$ ions doped in a glass silica fiber (erbium-doped fiber, EDF). The emission spectrum of the InAsP/InP nanowire QD aligns with the absorption bandwidth of the EDF at 980 nm at cryogenic temperatures, allowing efficient interaction between the two systems. To demonstrate this, we present a spectroscopic characterization of the $^{4}I_{15/2} \leftrightarrow ^{4}I_{11/2}$ optical transition in EDF at 980 nm. Our measurements reveal substantial inhomogeneous broadening of this optical transition and a long spin population lifetime, underscoring EDFs potential for broadband QM implementation. We implement an 8 GHz bandwidth multimode QM based on the Atomic Frequency Comb protocol, enabling the storage and retrieval of 59 weak coherent pulses. Furthermore, we characterize single-photon emission from an InAsP/InP nanowire QD at 980 nm and demonstrate its deterministic storage and recall in the EDF QM. Notably, this is achieved without spectral tuning of the QD emission, demonstrating its direct compatibility with a solid-state QM.
• Abstract（参考訳）: 長距離量子通信の実現と量子インターネットの構想は、量子発光器と量子メモリ(QM)システムを結ぶコヒーレントなハイブリッド光マターインタフェースに依存している。 自然パラメトリックダウンコンバージョンのような確率的光子対源とは異なり、決定論的量子発光器は、スケーラブルな量子ネットワークに不可欠な純粋で明るい光子と絡み合った光子のオンデマンド生産を可能にする。 本研究では, ガラス繊維(エルビウムドープファイバ, EDF)にドープされたEr$^{3+}$イオンをベースとした, チップ集積InAsP/InPナノワイヤ量子ドット(QD)と固体QMとのコヒーレントハイブリッド光物質界面を初めて実験的に実現した。 InAsP/InPナノワイヤQDの発光スペクトルは、低温下でのEDFの吸収帯域幅980nmと一致し、2つの系間の効率的な相互作用を可能にする。 これを示すために、980nmのEDFにおいて、$^{4}I_{15/2} \leftrightarrow ^{4}I_{11/2}$光遷移の分光特性を示す。 本測定により、この光遷移と長いスピン寿命の大幅な不均一な拡張が明らかとなり、ブロードバンドQM実装におけるEDFの可能性が強調された。 我々は, 59個の弱いコヒーレントパルスの保存と検索を可能にするAtomic Frequency Combプロトコルに基づく8GHz帯マルチモードQMを実装した。 さらに,InAsP/InPナノワイヤQDからの単一光子放射を980nmで特徴付け,その決定論的記憶とリコールをEDF QMで示す。 特に、これはQD放射のスペクトル調整なしで達成され、固体QMと直接互換性を示す。

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