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利用三角碳化硅结构中的光子带隙实现高效的量子纳米光子硬件
由于其色心缺陷具有长自旋相干性和单光子发射特性，碳化硅成为领先的量子信息材料平台之一。碳化硅在量子网络、计算和传感中的应用依赖于将色心发射高效收集到单一光学模式中。该平台的最新硬件开发专注于角度蚀刻工艺，以保留发射极特性并产生三角形器件。然而，人们对这种几何结构中的光传播知之甚少。我们探索了三角形横截面结构中光子带隙的形成，这可以作为在碳化硅中开发高效量子纳米光子硬件的指导原则。此外，我们提出了三个领域的应用：TE 通滤波器、TM 通滤波器和高反射光子晶体镜，它们可用于高效收集和传播光发射模式选择。
金刚石中相干锡空位自旋的变换限制光子
将相干光学跃迁与长寿命自旋量子比特耦合的固态量子发射器对于量子网络至关重要。我们在此报告了金刚石纳米结构中单个锡空位 (SnV) 中心的自旋和光学特性。通过低温磁光和自旋光谱，我们验证了 SnV 的反演对称电子结构，识别了自旋守恒和自旋翻转跃迁，表征了跃迁线宽，测量了电子自旋寿命，并评估了自旋失相时间。我们发现，即使在纳米制造结构中，光学跃迁也与辐射寿命极限一致。自旋寿命受声子限制，指数温度缩放导致 T 1 > 10 毫秒，相干时间 T 2 在冷却至 2.9 K 时达到核自旋浴极限。这些自旋特性超过了其他反演对称色心的自旋特性，而这些色心的类似值需要毫开尔文温度。 SnV 结合了相干光学跃迁和长自旋相干性，无需稀释制冷，是可行且可扩展的量子网络应用的有希望的候选者。
金刚石中相干锡空位自旋的变换限制光子
将相干光学跃迁与长寿命自旋量子比特耦合的固态量子发射器对于量子网络至关重要。我们在此报告了金刚石纳米结构中单个锡空位 (SnV) 中心的自旋和光学特性。通过低温磁光和自旋光谱，我们验证了 SnV 的反演对称电子结构，识别了自旋守恒和自旋翻转跃迁，表征了跃迁线宽，测量了电子自旋寿命，并评估了自旋失相时间。我们发现，即使在纳米制造结构中，光学跃迁也与辐射寿命极限一致。自旋寿命受声子限制，指数温度缩放导致 T 1 > 10 毫秒，相干时间 T 2 在冷却至 2.9 K 时达到核自旋浴极限。这些自旋特性超过了其他反演对称色心的自旋特性，而这些色心的类似值需要毫开尔文温度。 SnV 结合了相干光学跃迁和长自旋相干性，无需稀释制冷，是可行且可扩展的量子网络应用的有希望的候选者。
S1：固态缺陷工程
我们提出了一种基于多体自旋梳的大规模通用量子信息处理的理论路径，利用我们在金刚石纳米光子波导中的色心平台实现具有可编程纠缠的量子图。应变固体导致不同色心产生各种位置相关的电子自旋共振频率，从而有效地产生自旋梳。自旋梳由谐振交流应变场驱动，具有可编程周期波形，可执行局部量子位操作，如动态解耦。使用新的梯度上升最优控制技术对串联复合脉冲进行波形优化，以同时校正非共振和振幅误差。原则上，这可以增强所有量子位的相干时间 T2*，而不会消耗太多功率，因为整个系统都是共振的。为了在不同量子位之间创建非局部纠缠相互作用，我们考虑了两种类型的玻色子链路：分别用于连接相同和不同波导中的量子位的声子总线和光学总线。利用制造缺陷和波导基本模式的相应差异，最终可以在我们的量子图中实现全对全纠缠。anand43@mit.edu
六方氮化硼中蓝色量子发射体的光物理学
5 澳大利亚悉尼科技大学变革性元光学系统卓越中心，澳大利亚新南威尔士州乌尔蒂莫 2007 年，澳大利亚 * 这些作者的贡献相同。 通讯作者 igor.aharonovich@uts.edu.au 摘要 六方氮化硼 (hBN) 中的色心已经成为集成量子光子学的有吸引力的竞争者。在这项工作中，我们对在蓝色光谱范围内发射的 hBN 单个发射器进行了详细的光物理分析。发射器采用不同的电子束辐照和退火条件制造，并表现出以 436 nm 为中心的窄带发光。光子统计以及严格的光动力学分析揭示了发射器的势能级结构，这表明缺乏亚稳态，理论分析也支持这一点。潜在缺陷可以具有在 hBN 带隙下半部分具有完全占据缺陷态和在带隙上半部分具有空缺陷态的电子结构。总的来说，我们的研究结果对于理解 hBN 中新兴蓝色量子发射器系列的光物理特性非常重要，因为它们是可扩展量子光子应用的潜在来源。简介单光子发射器 (SPE) 被广泛认为是建立和部署量子通信和计算的关键推动者，这涉及按需生成高纯度单光子发射 1-3 。六方氮化硼 (hBN) 因其独特的性质而备受关注，包括以 6 eV 为中心的宽层相关带隙、高激子结合能、存在光学活性自旋缺陷以及能够承载室温 (RT) 亮 SPE 4-11 。hBN 还因其用作深紫外范围的新兴光电材料而备受关注 12 。最近，通过阴极发光 (CL) 测量发现了在蓝色光谱范围内发射的 hBN 色心，称为“蓝色发射器” 13 。这组发射器通常显示超亮、光谱稳定和窄带发射，其零声子线 (ZPL) 始终以 436 nm 为中心 13, 14 。结果表明，这些缺陷与 4.1 eV 处的特征紫外线发射密切相关 9, 14-16 。对 hBN 进行预辐照，例如在氮气气氛中进行高温退火，可产生更高的特征紫外线发射产量，从而产生更多的蓝色色心 15 。此外，在低温下，与 hBN 中的其他量子发射器相比，这些缺陷具有稳定的发射，线宽为亚 GHz，光谱扩散最小 15 。最近，两
电信中的室温固态量子发射器......
YSO Er 3+ 1536 17000 0.06 [33] NA，不可用；ZPL，零声子线；DWF，德拜-沃勒因子；kcps，每秒千计数；T 2 ，电子自旋相干时间；ODMR，光学检测磁共振。a 对比度是用脉冲 ODMR 获得的。对于 3C-SiC 和 4H-SiC 中的 VV 0 在内的单色心，单一操作都是在低温下实现的。因此，T 2 和 ODMR 对比度的数据是在低温下提取的。对于 6H-SiC 中的 VV 0 ，相干时间和 ODMR 对比度对应于室温集合 VV 0 。b 对于 GaN 中的 Cr 4+，数据是在低温下获得的集合缺陷。引用的饱和单光子发射计数率与未积分到任何纳米结构中的发射有关。
具有硅色中心的可扩展容错量子技术
量子网络和量子计算技术目前面临的扩展障碍归根结底是同一个核心挑战，即大规模分布高质量纠缠。在本文中，我们提出了一种基于硅中光学活性自旋的新型量子信息处理架构，该架构为可扩展的容错量子计算和网络提供了一个综合的单一技术平台。该架构针对整体纠缠分布进行了优化，并利用硅中的色心自旋（T 中心）的可制造性、光子接口和高保真信息处理特性。硅纳米光子光路允许 T 中心之间建立光子链接，这些 T 中心通过高度连通的电信波段光子联网。这种高连接性解锁了低开销量子纠错码的使用，大大加快了模块化、可扩展的容错量子中继器和量子处理器的时间表。
标题：基于超材料的单光子发射器摘要
标题：基于超材料的单光子发射器 摘要：能够按需工作（即触发时发射）的单光子发射器对于量子信息处理的实际实施至关重要。对于高效的单光子发射器，需要优化包括量子效率和收集效率在内的整体效率。研究了量子点或纳米粒子等 2 级系统的固态等效物以及纳米金刚石、SiC 等材料中的色心作为嵌入不同宿主的偶极子发射器。为了获得更高的量子效率，必须操纵宿主介质中的光子局部态密度以实现最大 Purcell 因子。进一步的设计需要将光子有效地耦合到远场，通常是空气或光纤。在本次演讲中，我将介绍光子晶体微腔中的偶极子发射器以及超材料，以提高它们在特定方向上的整体发射效率。
开发用于量子自旋电子学的碳化硅
在目前的长距离通信中，大量粒子携带的经典信息本质上对某些传输损耗具有鲁棒性，但因此可能会被窃听而不被察觉。另一方面，量子通信可以提供可证明的隐私，并可以利用量子中继器进行纠缠交换来减轻传输损耗。为此，过去几十年来，人们付出了相当大的努力来开发量子中继器，将长寿命量子存储器与不可区分的单光子源结合起来。已经开发了多种固态光学自旋量子比特候选物，包括量子点、稀土离子以及金刚石和碳化硅 (SiC) 中的色心。从这个角度来看，我们简要概述了在 SiC 中开发光学活性自旋量子比特的最新进展，并讨论了量子中继器在应用中的挑战和可能的解决方案。鉴于不同材料平台的发展，讨论了 SiC 自旋量子比特在可扩展量子网络中的前景。
与激光写入的金刚石波导耦合的单个硅空位中心的超泊松光统计数据
摘要：在单光子水平上修改光场是即将到来的量子技术面临的一个关键挑战，可以通过集成量子光子学以可扩展的方式实现。激光写入的金刚石光子学提供了与光纤技术相匹配的 3D 制造能力和大模场直径，尽管限制了单发射器级别的协同性。为了实现大的耦合效率，我们将通过高数值孔径光学器件激发单个浅植入硅空位中心与激光写入 II 型波导辅助检测相结合。我们展示了单发射器消光测量，协同率为 0.0050，相对 beta 因子为 13%。共振光子的传输揭示了从准相干场中减去单光子，从而产生超泊松光统计。尽管内在的协同性很低，但我们的架构使光场工程能够在单量子水平上进行集成设计。激光写入结构可以三维制造，并与光纤阵列具有自然连接性。关键词：激光写入、光子工程、集成量子光学、金刚石色心、量子发射器■ 简介