論文の概要: Entanglement between an NV Center and Chiral Photons in a Topological SWCNT Plasmonic Microtoroid

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.29290v1
• Date: Tue, 31 Mar 2026 05:50:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-01 15:25:03.179179
• Title: Entanglement between an NV Center and Chiral Photons in a Topological SWCNT Plasmonic Microtoroid
• Title（参考訳）: SWCNTプラズモニック・マイクロトロイドにおけるNV中心とキラル光子の絡み合い
• Authors: Fang-Yu Hong,
• Abstract要約: 単一窒素空孔中心と単層カーボンチューブナノ(SWCNT)プラズモニック・マイクロトロイドに基づくハイブリッド固体量子ノードを提案する。 空洞スペクトル、カイラル選択規則、有効三脚ハミルトン方程式、開系マスター方程式を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9798034349981162
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a theoretical proposal for a hybrid solid-state quantum node based on a single nitrogen-vacancy (NV) center coupled to a topological single-walled carbon nanotube (SWCNT) plasmonic microtoroid. The SWCNT ring supports deeply sub-wavelength whispering-gallery-like plasmonic modes that are naturally described within a Tomonaga-Luttinger liquid framework. Owing to the closed-ring topology, the cavity spectrum contains a zero-mode sector that is tunable by an external magnetic flux through an Aharonov-Bohm shift. We show that the strongly confined CNT near field can exhibit chiral spin-momentum locking, enabling the two circularly polarized NV transitions to couple selectively to clockwise and counter-clockwise cavity modes, while the parasitic linearly polarized $π$-transition is strongly suppressed by the pronounced anisotropy of the local Purcell enhancement. Based on a tripod stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) scheme, the system can in principle map the NV spin onto a spin-photon entangled state in a deterministic manner, which is then emitted into a side-coupled tapered optical fiber as a tunable flying qubit. We derive the cavity spectrum, the chiral selection rules, the effective tripod Hamiltonian, and the open-system master equation. Quantitative estimates indicate that, under cryogenic conditions and in the overcoupled regime, high-fidelity spin-photon entanglement and in situ magnetic tuning of the emitted photon frequency are in principle achievable. We also discuss a realistic fabrication route for the CNT resonator and deterministic positioning strategies for a single NV center in the CNT near field.
• Abstract（参考訳）: トポロジカル単層カーボンナノチューブ(SWCNT)プラズマトロイドに結合した単一窒素空孔(NV)中心に基づくハイブリッド固体量子ノードの理論的提案を行う。 SWCNT環は、友長・ラッティンガー液体の枠組みの中で自然に記述される、深いサブ波長のささやきのようなプラズモニックモードをサポートする。 閉環トポロジーにより、空洞スペクトルはゼロモードセクターを含み、アハロノフ-ボームシフトを通じて外部磁束によって調整できる。 局所パーセルエンハンスメントの顕著な異方性により、寄生線形偏極$π$-遷移が強く抑制されるのに対し、強閉じ込めのCNT近接場はキラルスピンモメンタムロックを呈し、2つの円偏極NV遷移を時計回りおよび反時計回りのキャビティモードに選択的に切り替えることができることを示す。 三脚刺激されたラマン断熱通路(STIRAP)に基づいて、このシステムは原理的にNVスピンをスピン光子絡み合った状態に決定論的にマッピングすることができる。 空洞スペクトル、カイラル選択規則、有効三脚ハミルトン方程式、開系マスター方程式を導出する。 定量的推定は、低温条件下および過結合状態下では、放出された光子の周波数の高密度スピン光子絡み合いとその場磁気チューニングが原理的に達成可能であることを示唆している。 また、CNT共振器の現実的な製造経路と、CNT近傍の単一NV中心における決定論的位置決め戦略についても論じる。

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