Erbium-Doped Fibre Quantum Memory for Chip-Integrated Quantum-Dot Single Photons at 980 nm
University of Calgary（卡尔加里大学）；Institute for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究所）
本研究实现了基于掺铒光纤的量子记忆与芯片集成量子点单光子的相干接口，展示了980纳米处的单光子存储与检索，无需光谱调谐。
2025-08-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Towards low-dimensional hole systems in Be-doped GaAs nanowires
GaAs是量子器件开发的核心，但很少用于基于硅锗的量子器件，而InAs，InSb和SiGe则起着主导作用。p型GaAs纳米线为研究具有强自旋轨道效应的强限制0 D和1D空穴系统提供了一条途径，推动了我们开发具有Be掺杂p型GaAs纳米线、AuBe合金接触和图案化局部栅电极的纳米线晶体管，以制造纳米线为基础的量子空穴器件。我们报告的纳米线晶体管与传统的衬底背栅和EBL定义的金属/氧化物顶栅生产的GaAs纳米线与三种不同的Be掺杂密度和各种AuBe接触处理配方。我们发现，接触退火只带来了较小的改善，在较低的退火温度和短的退火时间的条件下的中度掺杂的器件。我们只获得了良好的晶体管性能的中度掺杂，与传导冻结在低温下低掺杂的纳米线和无法达到一个明确的关断状态下门控的高掺杂的纳米线。我们最好的器件在T = 4 K时通态电导率为95 nS，关态电导率为2 pS，通断比约为$10^{4}$，亚阈值斜率为50 mV/dec。最后，我们制作了一个具有适度掺杂纳米线的器件，该器件具有退火接触和多个顶栅。顶栅扫描显示在亚阈值区域中的平台，其在单独的冷却中是可再现的，并且指示可能的电导量化，突出了在该材料系统中未来量子器件研究的潜力。
2017-04-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photoluminescence measurements of quantum-dot-containing semiconductor microdisk resonators using optical fiber taper waveguides
采用光纤锥形波导提高了嵌入自组装InAs量子点的AlGaAs微盘谐振腔的室温光致发光测量效率。作为一种近场收集光学器件，与传统的垂直入射自由空间收集技术相比，光纤锥形将微盘激光器的收集效率提高了约15-100倍。此外，光纤锥形可以作为一种有效的手段，用于泵浦这些设备，并采用光纤泵浦和收集的初步测量。这项工作对基于芯片的腔量子电动力学实验的影响进行了讨论。
2005-06-11 physics.optics quant-ph
Enhancement of femtosecond photon echo signals from an inhomogeneously broadened InAs quantum dot ensemble using chirped pulses
本文实验演示了利用啁啾脉冲实现绝热快速通过增强的飞秒光子回波，在InAs量子点系综中实现3.2倍回波效率提升，为太赫兹超快光通信提供稳健方案。
2025-10-24 physics.optics quant-ph
Efficient optical pumping using hyperfine levels in $^{145}$Nd$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ and its application to optical storage
高效的光抽运是量子技术（如光量子存储器）中状态初始化的重要工具。在掺杂有Kramers稀土离子（例如铒和钕）的晶体中，由于电子塞曼能级的相对短的布居寿命（在约4K下为100 ms的量级），有效的光泵浦是具有挑战性的。在这篇文章中，我们表明，在同位素富集的$^{145}$ Nd $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体的超精细能级的光泵浦是更有效的，由于较长的布居弛豫时间的超精细能级。通过光学循环人口多次通过激发态的核自旋翻转可以被迫在基态超精细流形，在这种情况下，人口被困在几秒钟之前放松回到泵超精细水平。为了证明这种方法在应用中的有效性，我们进行了原子频率梳存储器实验，在$^{145}$ Nd $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$中具有33%的存储效率，这与在非Kramers离子中获得的结果相当，例如铕和镨，其中由于猝灭的电子自旋，光泵浦通常是有效的。掺钕晶体中的有效光泵浦对于生物医学成像中的光谱滤波也是令人感兴趣的，因为钕具有与组织成像兼容的吸收波长。除了这些应用程序，我们的研究是感兴趣的理解在Kramers离子与核自旋的自旋动力学。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Efficient Pumping of Spectral Holes in a Tm$^{3+}$: YAG Crystal for Broadband Quantum Optical Storage
本研究提出在Tm$^{3+}$: YAG晶体中利用多种泵浦与优化技术，在高温下实现了大于28%存储效率与630 MHz带宽的多频窗口量子光存储，并提出非Kramers稀土离子大带宽原子频率存储的通用方法，推进了量子存储器件的实际应用。
2024-12-16 quant-ph
Optical investigations of quantum-dot spin dynamics
利用全光学方法研究了单量子点自组装InAs/GaAs中自旋弛豫随静电场和磁场的变化。为了研究量子点的自旋动力学，我们测量的共振吸收的程度，这是由于由共振激光场引起的光自旋泵浦和由水库引起的自旋弛豫之间的竞争。决定量子点自旋动力学的基本相互作用是量子点核自旋系综的超精细耦合、自旋-声子耦合和与附近费米电子海的交换型相互作用。我们表明，由三个基本相互作用产生的自旋弛豫强度可以改变高达五个数量级时，改变所施加的电场和磁场。我们发现，我们用来研究自旋弛豫的光自旋泵的强度主要取决于超精细诱导的单电子自旋态混合在低磁场和重轻空穴混合在高磁场。我们的测量使我们能够确定超精细（Overhauser）场的均方根值为~15 mTesla，电子g因子g_e=0.6，空穴混合强度为|epsilon| ^2 = 0.0005。
2007-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Feedback in a Single Electron-Charged Quantum Dot under Pulsed Optical Control
量子点中的电子自旋在相干控制下表现出许多新颖的反馈过程。在这里，我们提出了一个核自旋和一个单电子自旋之间的反馈过程的实验和理论证据在一个单一的充电InAs量子点，控制的相干修改的概率激发trion状态。我们提出了一个数学模型，描述了量子点内部的光学核泵浦和核自旋扩散之间的竞争。该模型正确地预测了在单电子自旋的自由感应衰减中观察到的滞后锯齿图案、通过量子点的光学共振频率扫描窄带激光时的滞后以及自旋回波中的非正弦条纹。相干电子自旋旋转，实现与非共振超快激光脉冲，和共振窄带光泵浦自旋初始化之间的超快脉冲，在观察到的行为中发挥作用。这种效应允许将电子拉莫尔频率动态调谐到由脉冲定时确定的值，潜在地允许更复杂的相干控制操作。
2010-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Longitudinal and transversal spin dynamics of donor-bound electrons in fluorine-doped ZnSe: spin inertia versus Hanle effect
利用泵浦-探测克尔旋转技术研究了掺氟ZnSe外延层中强定域施主束缚电子的自旋动力学。开发了一种利用自旋惯性的方法，并用于测量纵向自旋弛豫时间，$T_1$，在宽范围的磁场，温度和泵密度。当外加磁场从0变化到2.5 T（法拉第几何）和温度范围为$1.8-45$ K时，施主束缚电子自旋的$T_1$时间约为1.6 $μ$ s，几乎保持恒定。非均匀自旋退相时间，$T_2^*=8-33$ ns，测量使用的共振自旋放大和汉勒效应下的脉冲和稳态泵浦，分别。这些发现对可能的自旋弛豫机制施加了严格的限制。
2015-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optical loss and lasing characteristics of high-quality-factor AlGaAs microdisk resonators with embedded quantum dots
介绍了有源区为量子点的AlGaAs微盘谐振腔的光学特性。采用基于光纤的探测技术，在波长（λ ~1400 nm）与点发射波长（λ ~ 1200 nm）红失谐的情况下，对嵌入InAs/InGaAs阱中点（DWELL）的AlGaAs微盘谐振结构中的光损耗进行了直接无源测量。在直径D = 4.5微米的微盘上的1400 nm波长带中的测量表明，这些结构支持具有高达360，000的冷腔品质因数的模式。DWEL包含微盘，然后研究通过光泵浦在室温下。在λ ~ 1200 nm处的脉冲激光被视为含有单层InAs点的腔，阈值为~ 17微瓦，接近估计的材料透明度水平。还观察到室温连续波操作。
2004-12-11 physics.optics quant-ph
Month-long-lifetime microwave spectral holes in an erbium-doped scheelite crystal at millikelvin temperature
研究在10 mK毫开尔文温度下对CaWO4晶体中Er3+离子进行微波频段光谱烧孔，利用相邻183W核自旋作辅助能级，将烧孔与累积回波寿命提升至超一个月，有益于长寿命信号处理。
2024-08-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic treatment of instantaneous spectral diffusion and its effect on quantum gate fidelities in rare-earth-ion-doped crystals
稀土离子掺杂晶体中瞬时光谱扩散效应对门操作的影响是未来稀土量子计算需要回答的重要问题。在这里，我们提出了一个微观模型，突出了随机性的现象，并使用它来调查ISD错误的单量子位门操作。此外，我们提出了一种方法来估计总误差从许多不同的误差源，只研究子系统包含一个误差源的时间。这使我们能够估计来自量子位附近的所有非量子位掺杂剂的总ISD误差。我们的结论是，光泵浦技术必须用来清空周围的吸收量子位跃迁的频率区域（传输窗口），以抑制ISD错误。尽管使用这样的窗口，仍然存在量子位具有比来自其他源的误差更大的ISD误差的大致$0.3\%$风险。在这些情况下，量子比特可以被丢弃，其频率信道可以被另一个量子比特重用。然而，在大多数情况下，ISD误差明显小于其他误差，因此尽管存在ISD，仍有可能执行噪声中间尺度量子（NISQ）算法。
2021-12-16 quant-ph
Photon phase shift at the few-photon level and optical switching by a quantum dot in a microcavity
我们利用InAs量子点中自旋-光子相互作用产生的非线性效应，在单光子水平上演示了散射光脉冲的相移。使用微柱腔中的带电量子点实现接近90度的光子相移。我们还演示了光子相位开关，通过使用自旋泵浦机制，通过拉曼跃迁在面内磁场。实验结果的理论模型，探索系统的动态支持。我们的研究结果表明，量子点诱导的非线性量子信息处理的潜力。
2019-07-18 physics.optics quant-ph
Coherence Time Extension by Large Scale Optical Spin Polarization in a Rare-Earth Doped Crystal
光学可寻址自旋在量子通信、处理和传感中得到了积极的研究。决定量子操作保真度和存储时间的光学和自旋相干寿命通常受到自旋-自旋相互作用的限制，自旋-自旋相互作用可以通过使用大磁场和/或mK范围温度使自旋在其较低能量状态下极化来降低。在这里，我们表明，用固定频率激光对一小部分离子进行光泵激，再加上自旋-自旋相互作用和自旋扩散，会导致顺磁稀土掺杂晶体$^{171}$ Yb $^{3+}$中出现大量的自旋极化：YSO。事实上，在2 K和零磁场下已经实现了高达90%以上的自旋极化。使用这种自旋极化机制，我们还证明了增加的光学相干寿命从0.3 ms到0.8 ms，由于自旋-自旋相互作用的强烈减少。这种效应为在各种固态系统中获得长的光学和自旋相干寿命开辟了新的途径，例如稀土离子或钻石色心的集合，这对广泛的量子技术都很感兴趣。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Interlaced spin grating for optical wave filtering
交错自旋光栅是一种在非均匀展宽吸收剖面中制备光谱空间周期性吸收光栅的方法。它依赖于附近长寿命基态子能级中原子的光泵浦。该方案利用子级邻近的优点，构建了具有无限带宽和保持平均光学深度的大对比度光栅。它特别适用于经典和量子信号处理中的Tm掺杂晶体。本文研究了交错自旋光栅中的光抽运动力学，描述了光学厚原子系综中相应的吸收轮廓形状。我们表明，在Tm：YAG，这样的光栅的衍射效率可以达到18.3%，在小角度和11.6%的大角度配置时，激发是由简单的脉冲对，大大优于传统的光栅。
2015-01-27 physics.atom-ph quant-ph
