論文の概要: Spectral stability of cavity-enhanced single-photon emitters in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.13666v1
• Date: Tue, 20 Jan 2026 07:07:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-21 22:47:23.195928
• Title: Spectral stability of cavity-enhanced single-photon emitters in silicon
• Title（参考訳）: シリコン中空洞型単一光子放射体の分光安定性
• Authors: Johannes Früh, Fabian Salamon, Andreas Gritsch, Alexander Ulanowski, Andreas Reiserer,
• Abstract要約: 単一光子源とスピン光子界面は、色中心またはエルビウムドーパントをナノフォトニック共振器に統合することによって実装されている。 このアプローチの光学放射は、長い時間スケールと短い時間スケールの両方で時間的変動を受ける。 ここでは、ナノフォトニック共振器の代わりに、エミッタをファブリペロに統合することで緩和できることを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.94429692322632
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The unrivaled maturity of its nanofabrication makes silicon a promising hardware platform for quantum information processing. To this end, efficient single-photon sources and spin-photon interfaces have been implemented by integrating color centers or erbium dopants into nanophotonic resonators. However, the optical emission frequencies in this approach are subject to temporal fluctuations on both long and short timescales, which hinders the development of quantum applications. Here, we investigate this limitation and demonstrate that it can be alleviated by integrating the emitters into Fabry-Perot instead of nanophotonic resonators. Their larger optical mode volume enables both increasing the distance to crystal surfaces and operating at a lower dopant concentration, which reduces implantation-induced crystal damage and interactions between emitters. As a result, we observe a fivefold reduction of the spectral diffusion linewidth down to 4.0(2) MHz. Calculations and experimental investigations of isotopically purified 28-Si crystals suggest that the remaining spectral instability is caused by laser-induced electric-field fluctuations. In direct comparison with a nanophotonic device, the instability is significantly reduced at the same intracavity power, enabling a tenfold increase of the optical coherence time up to 20(1) microseconds. These findings represent a key step towards spectrally stable spin-photon interfaces in silicon and their potential applications in quantum networking and distributed quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: ナノファブリケーションの未熟な成熟により、シリコンは量子情報処理のための有望なハードウェアプラットフォームとなる。 この目的のために、色中心やエルビウムドーパントをナノフォトニック共振器に統合することで、効率的な単一光子源とスピン光子界面が実装されている。 しかし、このアプローチにおける発光周波数は、長い時間スケールと短い時間スケールの両方で時間的変動を受けており、量子アプリケーションの開発を妨げている。 そこで本研究では, ナノフォトニック共振器の代わりにFabry-Perotにエミッタを組み込むことにより, この制限を緩和できることを実証する。 より大きな光学モードの体積は結晶表面への距離を増大させ、ドーパント濃度を下げることを可能にし、注入による結晶損傷とエミッタ間の相互作用を減少させる。 その結果,スペクトル拡散線幅は4.0(2)MHzまで5倍に縮小した。 等方的に精製された28-Si結晶の計算と実験的研究は、残りのスペクトル不安定がレーザー誘起電界変動に起因することを示唆している。 ナノフォトニックデバイスと直接比較すると、同じキャビティ内電力で不安定性が著しく低下し、光コヒーレンス時間を最大20(1)マイクロ秒まで10倍にすることができる。 これらの発見は、シリコンのスペクトル安定スピン光子界面への重要なステップであり、量子ネットワークや分散量子情報処理におけるその可能性を示している。

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