論文の概要: A tunable chiral light-matter interface with on-chip spin control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.06630v1
• Date: Sun, 06 Sep 2026 14:25:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-12 05:01:16.445035
• Title: A tunable chiral light-matter interface with on-chip spin control
• Title（参考訳）: オンチップスピン制御による可変キラル光物質界面
• Abstract要約: キラル光-マター相互作用は、量子ネットワークと非相互量子光学を実現するための貴重な資源である。 ここでは、標準フォトニック結晶導波路に埋め込まれた負電荷励起子状態と光とのキラル結合を実証する。 この局所的なキラリティは、導波路駆動を介する光ラマン過程を介して電子スピンのコヒーレント制御を可能にすることを実証する。
• 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 ability to engineer chiral light-matter interactions is a valuable resource for realizing quantum networks and non-reciprocal quantum optics. Here, we demonstrate chiral coupling between light and a negatively charged exciton state, i.e., a four-level system, embedded in a standard photonic-crystal waveguide. By controlling the orientation and strength of an external magnetic field, we tune the polarization of the individual optical transition dipoles relative to the fixed elliptically polarized waveguide mode. In a two-sided waveguide, an optimized oblique magnetic field allows a selected transition to decay exclusively into a single propagation direction, enabling near-unity directional emission ($0.99^{+0.01}_{-0.02}$), despite the waveguide exhibiting imperfect polarization for chiral coupling. We further observe two tunable chiral branching ratios, the directional analogue of optical cyclicity, for two $Λ$-systems, with one reaching $134_{-77}^{+\infty}$. The magnetic-field-dependent spectroscopy also allows reconstruction of the local guided-mode polarization at the emitter via the Stokes parameters relative to the emitter's dipole moments. Finally, we demonstrate that this local chirality enables coherent control of an electron spin via an optical Raman process mediated by waveguide driving. Building on the simultaneous realization of a large branching ratio, directionality and spin control achieved at the same oblique magnetic-field angle, we propose a protocol with high tolerance to photon loss for generating high-fidelity remote spin-spin entanglement. Our magnetic control opens a reconfigurable and generic route for enhancing on-chip chiral spin-photon coupling in standard nanophotonic interfaces without the need to carefully engineer the polarization of the waveguide.
• Abstract（参考訳）: キラル光-マター相互作用を設計する能力は、量子ネットワークと非相互量子光学を実現するための貴重な資源である。 ここでは、光と負電荷励起子状態、すなわち標準フォトニック結晶導波路に埋め込まれた4レベル系のキラルカップリングを実証する。 外部磁場の配向と強度を制御することにより、固定された楕円偏光導波路モードに対して個々の光遷移双極子の偏光を調整する。 二面導波路において、最適化された斜め磁場は、選択された遷移を単一の伝播方向にのみ遷移させ、キラルカップリングに不完全な偏極を示す導波路にもかかわらず、ほぼ均一な方向性放出(0.99^{+0.01}_{-0.02}$)を可能にする。 さらに2つのチューナブルなキラル分岐比、光環状の方向性の類似を2つの$$-システムに対して観測し、1つが134_{-77}^{+\infty}$に達する。 磁場依存分光法は、エミッタの双極子モーメントに対するストークスパラメータを介して、エミッタにおける局所誘導モード偏光の再構成を可能にする。 最後に、この局所的なキラリティは、導波路駆動を介する光ラマン過程を介して電子スピンのコヒーレント制御を可能にすることを実証する。 同一斜め磁場角で達成された大きな分岐比,方向性,スピン制御の同時実現に基づいて,光子損失に対する高い耐性を持つプロトコルを提案し,高忠実度リモートスピン絡み合いを発生させる。 我々の磁気制御は、導波路の偏光を慎重に設計することなく、標準ナノフォトニクス界面におけるオンチップのキラルスピン光子カップリングを強化するための再構成可能で汎用的な経路を開放する。

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