論文の概要: A scalable gallium-phosphide-on-diamond spin-photon interface
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.04733v1
- Date: Thu, 08 Jan 2026 08:55:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.121616
- Title: A scalable gallium-phosphide-on-diamond spin-photon interface
- Title（参考訳）: スケーラブルなガリウム-ホスフィン・オン・ダイアモンドスピンフォトン界面
- Authors: Nicholas S. Yama, Chun-Chi Wu, Fariba Hatami, Kai-Mei C. Fu,
- Abstract要約: 我々は、スケーラブルで平面的なプラットフォームにおいて、量子欠陥とハイブリッド集積ナノフォトニクスとの初めての高協調結合を実現する。
単発読み出しによるスピン依存伝送スイッチングとSiVスピンの量子ジャンプを観察する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The efficient interfacing of quantum emitters and photons is fundamental to quantum networking. Quantum defects embedded in integrated nanophotonic circuits are promising for such applications due to the deterministic light-matter interactions of high-cooperativity ($C>1$) cavity quantum electrodynamics and potential for scalable integration with active photonic processing. Silicon-vacancy (SiV) centers embedded in diamond nanophotonic cavities are a leading approach due to their excellent optical and spin coherence, however their long-term scalability is limited by the diamond itself, as its suspended geometry and weak nonlinearity necessitates coupling to a second processing chip. Here we realize the first high-cooperativity coupling of quantum defects to hybrid-integrated nanophotonics in a scalable, planar platform. We integrate more than 600 gallium phosphide (GaP) nanophotonic cavities on a diamond substrate with near-surface SiV centers. We examine a particular device with two strongly coupled SiV centers in detail, confirming above-unity cooperativity via multiple independent measurements. Application of an external magnetic field via a permanent magnet enables optical resolution of the SiV spin transitions from which we determine a spin-relaxation time $T_1>0.4$ ms at 4 K. We utilize the high cooperativity coupling to observe spin-dependent transmission switching and the quantum jumps of the SiV spin via single-shot readout. These results, coupled with GaP's strong nonlinear properties, establish GaP-on-diamond as a scalable planar platform for quantum network applications.
- Abstract（参考訳）: 量子エミッタと光子の効率的な対面は量子ネットワークの基本である。
集積ナノフォトニック回路に埋め込まれた量子欠陥は、高協力性(1ドル)の空洞量子電磁力学による決定論的光-マター相互作用と、能動フォトニック処理とのスケーラブルな統合の可能性により、そのような応用に期待されている。
ダイヤモンドナノフォトニックキャビティに埋め込まれたシリコン空孔(SiV)中心は、優れた光学的コヒーレンスとスピンコヒーレンスのために主要なアプローチであるが、その長期のスケーラビリティはダイヤモンド自身によって制限されている。
ここでは、スケーラブルで平面的なプラットフォームにおいて、量子欠陥とハイブリッド集積ナノフォトニクスとの初めての高協調性結合を実現する。
ほぼ表面のSiV中心を持つダイヤモンド基板上に600ガリウムホスフォヒド(GaP)ナノフォトニックキャビティを集積した。
我々は,2つの強く結合したSiV中心を持つ特定のデバイスを詳細に検討し,複数の独立測定によって上向きの協調性を確認した。
永久磁石による外部磁場の適用により、スピン緩和時間$T_1>0.4$msを4Kで決定するSiVスピン遷移の光学分解が可能となる。
これらの結果は、GaPの強い非線形特性と相まって、量子ネットワークアプリケーションのためのスケーラブルな平面プラットフォームとしてGaP-on-diamondを確立する。
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