論文の概要: Routing single photons with quantum emitters coupled to nanostructures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02698v1
- Date: Tue, 04 Nov 2025 16:21:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 18:47:06.105433
- Title: Routing single photons with quantum emitters coupled to nanostructures
- Title（参考訳）: ナノ構造に結合した量子エミッタによる単一光子のルーティング
- Authors: Mateusz Duda, Eve O. Mills, Nicholas J. Martin, Luke R. Wilson, Pieter Kok,
- Abstract要約: ナノフォトニック構造に結合した量子エミッタは、制御可能な単一光子散乱のための優れたプラットフォームである。
単一光子スイッチを再構成可能なフォトニック回路に統合し、量子ネットワーク内の光子伝播方向をアクティブに制御することができる。
このレビューは、量子光学からの重要な理論技術、制御可能な単一光子輸送への応用、および異なる物理プラットフォームにわたる単一光子スイッチングデバイスの実験的実現をもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum emitters coupled to nanophotonic structures are an excellent platform for controllable single-photon scattering. The tunable light-matter interaction enables the construction of a single-photon switch -- a device that can route a single photon from an input port to a selected output port. Such single-photon switching devices can be integrated into reconfigurable photonic circuits to actively control the photon propagation direction in a quantum network. Ideally, a single-photon switch should be fast, efficient, scalable, compatible with existing technology, and should preserve the routed photon states with high fidelity. In this review, we focus on theoretical proposals and experimental demonstrations of single-photon switches based on quantum emitters coupled to solid-state nanostructures, including waveguide and cavity architectures. We also present the theoretical methods that are commonly used to model single-photon scattering in waveguide-based systems by applying them to the elementary system of a two-level emitter coupled to a waveguide. This review brings together key theoretical techniques from quantum optics, their applications to controllable single-photon transport, and the experimental realization of single-photon switching devices across different physical platforms, including semiconductor quantum dots, neutral atoms, superconducting qubits, and color centers.
- Abstract（参考訳）: ナノフォトニック構造に結合した量子エミッタは、制御可能な単一光子散乱のための優れたプラットフォームである。
チューニング可能な光-マッター相互作用により、単一光子スイッチ - 入力ポートから選択された出力ポートに単一の光子をルーティングできるデバイス - の構築が可能になる。
このような単一光子スイッチング装置は、再構成可能なフォトニック回路に統合され、量子ネットワーク内の光子伝播方向をアクティブに制御することができる。
理想的には、単一光子スイッチは高速で効率的でスケーラブルで、既存の技術と互換性があり、ルーティングされた光子状態を高い忠実度で保持する必要がある。
本稿では、導波路やキャビティ構造を含む固体ナノ構造に結合した量子エミッタに基づく単一光子スイッチの理論的提案と実験的実証に焦点をあてる。
また、導波路に結合した2レベルエミッタの基本系に適用することにより、導波路系における単一光子散乱のモデル化によく用いられる理論手法を提案する。
このレビューでは、量子光学、制御可能な単一光子輸送への応用、および半導体量子ドット、中性原子、超伝導量子ビット、色中心を含む様々な物理プラットフォームにわたる単一光子スイッチングデバイスの実験的実現など、重要な理論技術がまとめられている。
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