論文の概要: Millisecond optical coherence and strong collective coupling in an integrated telecom rare-earth photonic platform
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.08221v1
- Date: Sat, 08 Aug 2026 16:36:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-11 19:16:36.729002
- Title: Millisecond optical coherence and strong collective coupling in an integrated telecom rare-earth photonic platform
- Title（参考訳）: 集積テレコム希土類フォトニックプラットフォームにおけるミリ秒光コヒーレンスと強集合結合
- Abstract要約: 長距離量子ネットワークノードは、強い光物質結合、長いコヒーレンス時間、テレコム波長におけるその場スペクトル制御の組み合わせを必要とする。
ここでは、Er$3+$:CaWO$_4$ホストを高Q$電気光学調整可能な薄膜ニオブ酸リチウムマイクロリング共振器に接着することで、最適化された結晶をフォトニックチップに導入する。
有効温度は75ドルmKで、わずか0.2ドルTのフィールドでは、結合されたアンサンブルは有効に均一な線幅を保持する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3131740922192114
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Long-range quantum network nodes require the combination of strong light-matter coupling, long coherence times and in situ spectral control at telecom wavelengths. The coherence of erbium in integrated devices is held back by its hosts, which do not simultaneously provide the weakly magnetic nuclear-spin environment and the well-defined substitutional sites found in coherence-optimised bulk crystals. Here we bring such an optimised crystal onto a photonic chip, by bonding an Er${^{3+}}$:CaWO${_{4}}$ host without an adhesive interlayer to a high-${Q}$ electro-optically tuneable thin-film lithium niobate microring resonator. At an effective temperature of ${75}$ mK and a field of only ${0.2}$ T, the bonded ensemble retains an effective homogeneous linewidth of ${289\pm34}$ Hz (${T_\text{M}=1.10\pm0.13}$ ms), with spectral diffusion proceeding at ${86\pm18}$ Hz and saturating at ${1.5\pm0.2}$ kHz. Electro-optically tuning the resonator through the erbium optical transition resolves an avoided crossing with a collective cooperativity of ${C=6.7\pm0.4}$. Exploiting superhyperfine coupling to the host's ${^{183}}$W nuclear spins, we store and retrieve optical phase information over ${5}$ s with a visibility of ${0.935\pm0.015}$. Strong collective coupling, millisecond coherence and in situ spectral tuning in a single device thus establish heterogeneous integration leveraging coherence-optimised hosts as a route to scalable telecom quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 長距離量子ネットワークノードは、強い光物質結合、長いコヒーレンス時間、テレコム波長におけるその場スペクトル制御の組み合わせを必要とする。
集積デバイスにおけるエルビウムのコヒーレンスは、そのホストによって保留され、弱磁性の核スピン環境とコヒーレンス最適化バルク結晶中の明確に定義された置換部位を同時に提供しない。
ここでは、Er${^{3+}}$:CaWO${_{4}}$ホストを高い${Q}$電気光学的に調整可能な薄膜のニオブ酸リチウムマイクロリング共振器に接着することで、このような最適化された結晶をフォトニックチップに持ち込む。
有効温度が${75}$ mKとわずか${0.2}$ Tで、結合アンサンブルは${289\pm34}$ Hz${T_\text{M}=1.10\pm0.13}$ msの有効均一な直線幅を保持し、スペクトル拡散は${86\pm18}$ Hzで進行し、${1.5\pm0.2}$ kHzで飽和する。
エルビウム光転移による共振器の電気光学的チューニングは、避けられた交差を${C=6.7\pm0.4}$で解決する。
ホストの${{183}}$W核スピンに超微細結合を爆発させると、${0.935\pm0.015}$の可視性を持つ${5}$sの光位相情報を保存して取得する。
これにより、コヒーレンス最適化ホストをスケーラブルなテレコム量子ネットワークへのルートとして活用する異種統合が確立される。
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