Spectrally resolved single-photon imaging with hybrid superconducting - nanophotonic circuits
单个光子的检测是一种固有的二元机制，揭示它们的存在或不存在，同时隐藏它们的光谱信息。对于多色成像技术，例如单光子光谱学、荧光共振能量转移显微术和荧光相关光谱学，波长鉴别是必不可少的，并且要求在检测之前进行光谱分离。在这里，我们采用了一种借鉴量子光子集成的方法，实现了一个紧凑的和可扩展的波导集成单光子光谱仪，能够在多个波长通道上并行检测，时间分辨率低于50 ps，暗计数率低于10 Hz。我们展示了多检测器设备的电信和可见光波长，并展示其性能的成像硅空位色心金刚石纳米团簇。完全集成的混合超导-纳米光子电路能够同时进行光谱和寿命映射，用于相关成像，并为芯片上的量子波分复用提供成分。
2016-09-26 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Broadband quadrature-squeezed vacuum and nonclassical photon number correlations from a nanophotonic device
我们报道了在集成纳米光子器件中产生的正交压缩真空和光子数差压缩。在氮化硅微腔中，通过强驱动的阈值以下自发四波混频产生压缩光。所产生的光的特点是零差检测和直接测量的光子统计使用光子数分辨过渡边缘传感器。我们测量宽带正交压缩的$1.0(1)$ ~dB（片上推断的${\sim}4$ ~dB）和光子数差压缩的$1.5(3)$ ~dB（片上推断的${\sim}7$ ~dB）。实现了接近单时间模式的操作，测量的原始未预告的二阶相关$g^{(2)}$高达$1.95(1)$。超过10个光子的多光子事件被直接检测到，其速率超过任何先前使用集成纳米光子学的量子光学演示。这些结果将对缩放连续变量量子技术产生有利影响。
2020-10-16 physics.optics quant-ph
Composite device for interfacing an array of atoms with a single nanophotonic cavity mode
我们提出了一种方法，捕获原子阵列附近的复合纳米光子器件的表面与最佳耦合到一个单一的腔模式。该器件由一个安装在光栅上的光阱组成，允许在光阱表面附近形成周期性的光阱势以及一个高协同性的光阱腔。我们的设备分析模型，并找到良好的协议与数值模拟。我们数值模拟表明，对于一个实验现实的设备，可以形成一个阵列的陷阱，其中心与一个单一的腔模式的波腹重合，保证最佳的耦合腔。此外，我们模拟了一个陷阱，适合于一个单一的原子在100 nm的光纤表面，潜在地允许更大的耦合到光纤比发现使用典型的导模捕获技术。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Superconducting single photon detectors integrated with diamond nanophotonic circuits
光子量子技术有望在非经典应用中重复集成纳米光子电路的成功。使用线性光学元件，量子光学计算可以用集成光学电路来执行，从而允许克服在可扩展性方面的现有限制。除了实现光子量子门的无源光学器件外，单光子源和单光子探测器等有源器件是未来光量子线路的重要组成部分。允许所有组件单片集成的材料系统特别有吸引力，包括III-V族半导体、硅和金刚石。在这里，我们展示了纳米光子集成电路，由高品质的多晶金刚石薄膜与片上单光子探测器相结合。使用超导纳米线耦合渐逝行波，我们实现了高达66%的高检测效率与低暗计数率和190 ps的定时分辨率相结合。我们的设备是完全可扩展的，并有望成为功能性金刚石光子量子设备。
2015-05-16 physics.optics quant-ph
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: I/ theoretical design and properties
在这里，我提出了一种新的混合顺磁-亚铁磁SiC-YiG量子传感器的理论。它的目的是允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪和光纤。该传感器包含一个单一的V2带负电荷的硅空位色心在4 H-SiC，其光致发光是波导的4 H-SiC纳米光子结构向光纤。该V2自旋探针通过在表面以下几纳米的深度处的离子注入来创建，通过在位于纳米光子结构的背面上的YiG亚铁磁性纳米条的强磁场梯度下光学检测的顺磁共振来确定。该梯度还允许在纳米级逐片研究目标顺磁性样品。这种量子传感器的制造过程中，它的磁性和光学特性，其外部自旋传感特性的结构生物学背景下，其集成到一个标准的商用脉冲EPR光谱仪都在这里。
2019-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Quantum interference of electromechanically stabilized emitters in nanophotonic devices
远距离物质量子比特之间的光子介导耦合可以实现长距离的安全通信，分布式量子计算方案的实现，以及多体量子动力学新机制的探索。耦合到固态量子发射器的纳米光子器件代表了实现这些目标的一种有前途的方法，因为它们结合了强的光-物质相互作用和高的光子收集效率。然而，这些方法的可扩展性受到固态发射器之间的频率失配及其光学跃迁的不稳定性的限制。在这里，我们提出了一个纳米机电平台的稳定和调整的光学跃迁的硅空位（SiV）的颜色中心在金刚石纳米光子器件通过动态控制其应变环境。这种基于应变的调谐方案具有足够的范围和带宽，以减轻各个SiV中心之间的光谱失配。使用应变，我们确保色心光学跃迁之间的重叠，并通过测量从金刚石波导收集的光子的相关性来观察纠缠的超辐射态。这个用于调谐纳米光子波导和谐振器中光谱稳定色心的平台构成了迈向可扩展量子网络的重要一步。
2019-02-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cavity piezo-mechanics for superconducting-nanophotonic quantum interface
混合量子系统是实现分布式量子网络的关键。特别是，在典型的超导量子比特频率下工作的压电力学具有低热激发的特点，并提供了一个有吸引力的平台来桥接超导量子处理器和光通信信道。然而，在低温下以足够强的强相互作用集成超导和光机械元件仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一个集成的超导腔压电光学机械平台，其中10 GHz的声子与超导和纳米光子腔中的光子同时共振耦合。受益于所实现的大的压电机械协同性（$C_\mathrm{em}\sim7$）和增强的光机械耦合的脉冲光泵，我们证明了相干相互作用在低温下通过观察有效的微波光光子转换。该混合接口在实现大规模量子通信方面迈出了实质性的一步，同时也为微波-光子纠缠和以吉赫声子为媒介的量子传感领域做出了新的探索。
2020-02-21 physics.optics quant-ph
Surface passivation for narrowing optical linewidth of silicon T centers in nanophotonic devices
Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）
本研究采用原子层沉积Al₂O₃钝化硅表面，最多将纳米光子器件中硅T中心的光学线宽降低57%，为产生不可区分光子提供了CMOS兼容的路径。
2026-09-01 physics.optics quant-ph
High-Q Nanophotonic Resonators on Diamond Membranes using Templated Atomic Layer Deposition of TiO2
将固态量子发射器与纳米光子谐振器集成对于有效的自旋光子接口和光学网络应用是必不可少的。虽然钻石色心已被证明是新兴量子技术的优秀候选者，但它们与光学谐振器的集成仍然具有挑战性。基于将谐振器蚀刻到金刚石中的常规方法通常负面地影响色心性能并且提供低器件成品率。在这里，我们开发了一个集成的光子学平台的基础上模板原子层沉积的二氧化钛金刚石膜。我们的制造方法产生高性能的纳米光子器件，同时避免将波长级特征蚀刻到金刚石中。此外，该技术产生高度可再现的光学共振，并且可以在单个金刚石样品上迭代，这是一个独特的加工优势。我们的方法适用于宽范围的波长和衬底，并且可以实现腔光子与金刚石或碳化硅、稀土离子或其他材料系统中的相干缺陷之间的高协同性接口。
2020-05-30 physics.optics quant-ph
Laser-induced spectral diffusion of T centers in silicon nanophotonic devices
本文研究硅光子晶体微腔中T中心的光学光谱扩散，通过时间相关测量发现黑暗中频率可稳定至3 ms，而低于硅带隙的激光脉冲是导致线宽展宽的主要机制，为不可区分光子产生提供了材料和反馈策略指导。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Toward Compact Fiber In-line Nonlinear Devices via Highly Efficient Nanophotonic Cavity Interface
Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）
本研究通过全光纤集成GaN基h-CBG腔实现共振增强SHG，显著提升信号强度，确立了将光学非线性纳入光纤光子系统的紧凑型可扩展方案。
2026-08-04 physics.optics quant-ph
Electrically Reconfigurable Silicon Carbide Nanophotonic Cavities on Thin-Film Lithium Niobate
The 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本研究构建了混合纳米光子平台，通过键合SiC纳米腔阵列到LNOI实现电调谐，以补偿腔无序与自旋非均匀性，为大规模集成量子光子学提供可重构自旋-光子接口
2026-08-04 physics.optics quant-ph
Efficient and low-noise single-photon-level frequency conversion interfaces using silicon nanophotonics
光学频率转换的应用范围从可调谐光源到量子信息科学的窄带接口。在这里，我们展示了在纳米光子芯片上通过紧凑型（占地面积< 0.5 x 10^-4 cm ^2）Si 3 N4微谐振器中的四波混频布拉格散射实现的高效、低噪声频率转换。我们研究了三种频率转换配置：（1）在980 nm波段内几个纳米的光谱平移，（2）从1550 nm到980 nm的上转换，以及（3）从980 nm到1550 nm的下转换。在第一个过程的转换效率从25%到最后两个过程的转换效率> 60%的范围内，信号转换带宽> 1GHz，所需的连续波泵浦功率< 60 mW，背景噪声水平在几fW和几pW之间，这些器件适合于从InAs量子点的单光子态的量子频率转换。耦合模式方程和Lugiato-Lefever方程的基础上的模拟被用来模拟器件的性能，并显示与测量定量协议。
2015-10-08 physics.optics quant-ph
Hybrid Group IV Nanophotonic Structures Incorporating Diamond Silicon-Vacancy Color Centers
我们展示了一种新的方法，用于工程IV族基于量子光子结构，含有带负电荷的硅空位（SiV $^-$）的钻石色心作为量子发射体。混合SiC/金刚石结构是通过将纳米和微米金刚石在碳化硅（3C或4 H多型体）衬底上的生长与随后使用这些金刚石晶体作为图案转移的硬掩模相结合来实现的。SiV $^-$色心在金刚石的合成过程中从分子金刚石晶种（类金刚石）引入到金刚石中，而不需要离子注入或退火。我们表明，相同的生长技术可以用于生长可控掺杂SiV $^-$的金刚石层上的高纯度散装金刚石，其中我们随后制造纳米柱阵列含有高品质的SiV $^-$中心。扫描共聚焦光致发光测量揭示了光学活性SiV $^-$线在室温和低温（5 K）从所有制造的结构，特别是，非常窄的线宽和小的不均匀加宽的SiV $^-$线从所有金刚石纳米柱阵列，这是量子计算的关键要求。在低温下（5 K），我们观察到在这些结构中的签名典型的SiV $^-$中心在散装金刚石，符合双λ。这些结果表明，高品质的色心可以被纳入纳米光子结构合成与那些在散装金刚石的性能相当，从而打开了经典和量子信息处理的应用机会。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Silicon nanophotonics for scalable quantum coherent feedback networks
相干量子反馈控制（CQFC）作为精确操纵复杂量子系统动力学的新范式的出现，导致了有效的理论建模和仿真工具的发展，并为新的实际实现开辟了途径。这项工作探讨了集成硅光子学平台实现可扩展的CQFC网络的适用性。如果被证明是成功的，这些网络的片上实现将为电信波长的自主量子信息处理设备和超低功率光学处理系统提供可扩展和高效的纳米光子组件。我们分析了CQFC应用的硅光子学平台的优势，并确定了理论形式和实验实现的关键挑战。特别是，我们确定具体的扩展理论CQFC框架（这是最初开发的批量光学实现铭记），需要使其完全适用于线性和非线性集成光学网络的建模。我们还报告了一个初步的实验，研究了两个耦合腔的原位可控硅纳米光子网络的性能，并使用CQFC形式主义分析该设备的属性的结果。
2016-11-08 physics.optics quant-ph
Integrated diamond networks for quantum nanophotonics
金刚石是一种具有特殊物理和化学性质的独特材料，为实现具有新功能的高性能器件提供了潜力。例如，金刚石的高折射率、在宽波长范围内的透明性和大拉曼增益对于实现新型光子器件是令人感兴趣的。近年来，金刚石中的类原子杂质成为量子信息处理、量子传感和量子网络等领域的重要研究对象。对于这些和其他应用，开发基于金刚石的集成纳米光子平台至关重要。在这里，我们报告实现这样一个集成的金刚石光子平台，绝缘体上的金刚石（DOI），由一个薄的单晶金刚石膜上的绝缘二氧化硅/硅衬底。使用这种方法，我们展示了在宽波长范围内工作的金刚石环谐振器，包括可见光（630 nm）和近红外（1，550 nm）。最后，我们展示了一个集成的，片上量子纳米光子网络，由环形谐振器耦合到低损耗波导光栅耦合器，使单光子在室温下的产生和有效的路由。
2012-01-05 physics.optics quant-ph
Overcoming the bottleneck for quantum computations of complex nanophotonic structures: Purcell and FRET calculations using a rigorous mode hybridization method
结构的光子格林张量的计算是许多光子问题的核心，但是对于非平凡的纳米结构，它通常是一个非常耗时的任务。最近，一个一般的正常模式展开（GENOME）的实施，以构建格林张量的本征介电常数模式。在这里，我们采用基因组研究的纳米粒子簇的响应。为此，我们使用严格的模式杂交理论推导出较早的D。J. Bergman [Phys. Rev. B 19，2359（1979）]，其从孤立组分的模式的唯一知识构建纳米颗粒簇的格林张量。该方法被应用，第一次，一个非平凡的形状（即一对椭圆形的电线）在一个完全电动设置的散射体，并计算的Purcell增强和Förster共振能量转移（FRET）率增强，显示出良好的协议与直接模拟。该过程是通用的，平凡的实现使用标准的电磁软件，并保持任意形状和数量的散射体形成的集群。此外，对于需要格林张量空间变化的应用，它比传统的直接模拟快了几个数量级，有望在量子技术，自由电子光源和传热等领域得到广泛应用。
2019-12-11 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: II/ optical fiber based ODMR and OP-PELDOR experiments on bulk HPSI 4H-SiC
在这里，我提出了我的第一个基于光纤的耦合光学和EPR实验，与我最近理论上描述的新SiC-YiG量子传感器的开发相关（arXiv：1912.11634）。该量子传感器被设计为允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪，光纤，和光致发光设置。这里介绍了ODPELDOR光谱演示之前的第一个关键实验。它们是在含有残余V2色心（自旋S=3/2）的集合体4 H-SiC样品上进行的。在这里，我演示i/光泵浦辅助脉冲EPR实验，ii/光纤ODMR和光学检测RABI振荡，和iii/光泵浦辅助PELDOR实验，和iv/一些自旋波共振实验。这些实验证实了所提出的新的量子传感方法的可行性。
2019-12-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Saturable absorption in defect-rich diamond nanophotonics
Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）；Department of Physics, University of Alberta（阿尔伯塔大学物理系）；National Research Council of Canada, Quantum and Nanotechnology Research Centre（加拿大国家研究委员会量子与纳米技术研究中心）
本研究通过钻石微盘腔展示了可饱和吸收现象，揭示了氢相关缺陷在钻石纳米光子学中的光学损耗机制，并为未来光子器件设计提供了新思路。
2026-07-24 physics.optics quant-ph
High-efficiency and low-jitter Silicon single-photon avalanche diodes based on nanophotonic absorption enhancement
硅单光子雪崩二极管（SPAD）是在可见光和近红外范围内进行单光子探测的核心器件，在许多应用中得到了广泛的应用。然而，由于目前硅SPAD的结构设计和器件制造的限制，检测效率和定时抖动的关键参数往往被迫妥协。在这里，我们提出了一种纳米结构的硅SPAD，它实现了高检测效率，同时在很宽的光谱范围内具有出色的定时抖动。与传统的硅SPAD器件相比，光学和电学模拟显示出显着的性能增强。这种纳米结构的器件可以很容易地制造，因此非常适合于实际应用。
2015-05-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Squeezed light from a nanophotonic molecule
光子分子由两个或更多个光学谐振器组成，这些谐振器被布置成使得每个谐振器的一些模式与另一个谐振器的模式耦合。这种结构已被用于模拟两级系统的行为，激光和按需光学存储和检索。耦合谐振器也被用于集成器件的色散工程，增强了它们在非线性光学应用中的性能。这种集成的非线性结构的精细工程需要开发可扩展的非经典光源，以部署在量子信息处理系统中。在这项工作中，我们展示了一个光子分子组成的两个耦合microwave谐振器的集成纳米光子芯片，旨在产生强烈的压缩光不受噪声污染的不必要的寄生非线性过程。通过调谐光子分子以选择性地耦合并且因此仅杂交在不想要的过程中涉及的模式，实现寄生参数荧光的抑制。这种策略使得能够使用微谐振器来有效地产生简并压缩光：没有它，简单的单谐振器结构不能避免非线性噪声的污染而不显著地损害泵浦功率效率，并且因此仅限于产生弱简并压缩。我们使用该器件在芯片上产生8（1）dB的宽带简并压缩光，直接测量到1.65（1）dB，这是迄今为止从任何纳米光子源报道的最大压缩量。
2020-11-08 physics.optics quant-ph
Single-photon detection and cryogenic reconfigurability in Lithium Niobate nanophotonic circuits
铌酸锂绝缘体（LNOI）由于其高的二阶非线性和紧凑的波导基底面而成为集成量子光子技术的一个有前途的平台。重要的是，LNOI允许创建电光可重构电路，其可以在低温下有效地操作。它们与超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的集成为实现可扩展的光子器件铺平了道路，用于主动操纵和检测光的量子态。在这里，我们报告这两个关键组件集成在一个低损耗（0.2 dB/cm）LNOI波导网络的第一次演示。作为我们的技术的实验展示，我们演示了一个电调谐马赫-曾德尔干涉仪和两个波导集成SNSPD在其输出的组合操作。我们展示了系统的静态可重配置性，可在12小时内无偏置漂移操作，以及高达1 GHz频率的高速调制。我们的研究结果为在LNOI平台上实现复杂的量子光子器件提供了蓝图。
2021-11-25 physics.optics quant-ph
Probing local density of states near the diffraction limit using nanowaveguide coupled cathode luminescence
光子局域态密度（PLDOS）决定了纳米光子器件中光与物质相互作用的强度。对于标准介电器件，PLDOS基本上受衍射限制，但其对器件尺寸参数$s$的精确依赖性可能是重要的。在这里，我们测量PLDOS的尺寸参数的波导中使用一种新的技术-波导耦合阴极发光（CL）。我们观察到，根据波导横截面内的位置，PLDOS的有效衍射极限的变化，PLDOS峰形的变化。我们的研究结果是至关重要的优化耦合到纳米光子器件，也开辟了新的途径，光谱的基础上倏逝耦合CL。
2021-06-11 physics.optics quant-ph
Erbium emitters in commercially fabricated nanophotonic silicon waveguides
本研究展示了铒发射体可可靠集成于商业制备的低损耗硅波导，实现窄线宽与磁场下自旋分裂，为CMOS工艺制造长寿命量子存储器奠定基础。
2023-07-26 physics.optics quant-ph
Telecommunications-band heralded single photons from a silicon nanophotonic chip
我们展示了在CMOS兼容的硅纳米光子器件中预示的单光子产生。耦合谐振器光波导（CROW）提供的强模式约束和慢群速度在电信波长处产生了大的四波混频非线性系数γ_eff ~4100 W^-1 m^-1。利用1549.6 nm的简并泵浦光进行自发四波混频，产生了1529.5 nm和1570.5 nm的光子对，符合与偶然比超过20。对信号光子（1529.5 nm）进行光子相关测量，探测到闲频光子（1570.5 nm），结果显示出反聚束效应，g^（2）（0）= 0.19 \pm 0.03。在硅平台内的单光子源的演示为未来的集成量子光子电路带来了希望。
2012-01-12 physics.optics quant-ph
Macroscopic QED for quantum nanophotonics: Emitter-centered modes as a minimal basis for multi-emitter problems
我们从量子纳米光子学的角度对宏观量子电动力学的框架进行了概述。特别是，我们把注意力集中在三个方面的理论，这是至关重要的量子光学现象的描述纳米光子结构。首先，我们回顾了光-物质相互作用哈密顿量本身，特别强调了它的规范独立性和最小和多极耦合方案。其次，我们讨论了经典电磁场对量子光学系统的外抽运的处理。第三，我们引入了一个精确的，完整的和最小的基场量子化的多发射极配置，这是基于所谓的发射极中心模式。最后，我们说明了这种量子化方法在一个特定的混合metaldielectric几何形状：两个量子发射器放置在附近的二聚体的Ag纳米球嵌入在SiN微盘。
2020-08-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient photon-pair generation in layer-poled lithium niobate nanophotonic waveguides
针对现有铌酸锂光子对源制备可靠性差或效率低的问题，提出层极化铌酸锂纳米光子波导，通过层状极性反转增强非线性相互作用，实现高效光子对产生，且制备可靠性更高、环境鲁棒性更强，适用于量子信息相关领域。
2024-05-17 physics.optics quant-ph
Efficient quantum microwave-to-optical conversion using electro-optic nanophotonic coupled-resonators
我们提出了一种低噪声、三倍频谐振、电光（EO）的量子微波-光转换方案，该方案基于与超导量子比特集成的耦合纳米光子谐振器。我们的光学系统具有分裂共振-双重-具有可调频率分裂，与超导量子比特的微波共振频率相匹配。这与传统方法形成对比，传统方法使用具有与量子比特微波频率相当的自由光谱范围的大型光学谐振器。在我们的系统中，耦合到低频偶极子模式的光泵和谐振微波光子之间的EO混合导致与高频偶极子模式谐振的上转换光子。重要的是，下变频过程，这是噪声源，在我们的方案中被抑制，因为耦合谐振器系统不支持该频率的模式。我们的器件具有比常规器件小至少一个数量级的覆盖区，导致光场和微波场之间的大重叠以及在$\sim$ 5-15 kHz范围内的大光子转换率（$g/2π$）。由于大的$g$因子和我们的设备的双谐振性质，微波-光频率转换可以实现与几十微瓦的范围内的光泵浦功率，即使与中等值的光学$\it{Q}$（$\sim 10^6$）和微波$Q$（$ \sim10^4$）。我们的设备的性能指标，与以前的EO为基础的方法有很大的改进，承诺可扩展的量子微波到光学转换和超导处理器通过光纤通信联网。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable quantum beat of single photons enabled by nonlinear nanophotonics
我们通过共同开发用于在公共物理平台上对量子态进行频域操纵的核心非线性纳米光子技术，展示了单光子的可调谐量子拍频。利用非线性共振腔中的自发四波混频产生非简并的量子关联光子对。然后，在第二非线性谐振器中使用四波混频布拉格散射，使来自每对的一个光子频移，而不降低光子统计。对所施加的频移进行微调使得两个光子在撞击分束器时能够进行可调谐的量子干涉，其振荡特征取决于它们的频率差。我们的工作展示了非线性纳米光子器件作为光子量子信息科学的宝贵资源的潜力。
2019-05-05 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Multi-partite entanglement in extreme nanophotonic cavities
本文设计工作于780 nm、具有约10^7品质因子和亚波长限制的纳米梁光子晶体腔，实现与超冷^87Rb原子的高效耦合、精确捕获及抗位移相干纠缠，并支持扩展为大型量子网络。
2024-10-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-Photon Switching and Entanglement of Solid-State Qubits in an Integrated Nanophotonic System
光子和量子发射器之间的有效界面形成了量子网络的基础，并使非线性光学器件能够在单光子水平上工作。我们展示了一个集成的平台，可扩展的量子纳米光子学的基础上硅空位（SiV）的色心耦合到纳米级金刚石器件。通过在金刚石光子晶体腔内放置SiV色心，实现了单色心控制的量子光开关。我们使用SiV亚稳态轨道状态控制开关，并通过光子相关测量在单光子水平上验证光开关。我们利用拉曼跃迁在金刚石波导中实现了频率和带宽可调的单光子源。最后，我们通过检测发射到单个波导中的不可分辨的拉曼光子来创建两个SiV中心之间的纠缠。利用光子相关测量中观察到的一种新的超辐射特征验证了纠缠，为量子网络的实现铺平了道路。
2016-08-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Perspective on real-space nanophotonic field manipulation using non-perturbative light-matter coupling
在纳米工程光子结构中实现大值的光-物质耦合可以导致多个光子共振，从而有助于相同混合极化激元模式的最终特性。我们开发了一个通用的理论，描述多模光物质耦合系统的降维，我们探索他们的新现象，验证我们的理论对数值电磁模拟的预测。一方面，我们讨论了与极化激元的多模性质有关的光谱特征。另一方面，我们展示了不同光子共振之间的干涉如何修改与每个极化激元模式相关的电磁场的实空间形状。我们认为，工程纳米光子谐振器的可能性，以最大限度地提高多模混合，并通过施加的外部场改变极化激元模式，可以允许动态实空间剪裁的亚波长电磁场。
2022-07-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spatially resolved photon statistics of general nanophotonic systems
提出了一种基于宏观QED框架的新方法，通过引入有损二能级系统作为场探测器并采用多发射体少模量子化技术，实现了对任意电磁环境中空间和频率分辨的光子统计的计算，揭示了复杂纳米光子器件中光统计的强角依赖性。
2024-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
An integrated atom array -- nanophotonic chip platform with background-free imaging
提出一种结合64个光镊原子阵列与含100多个纳米光子器件的毫米级芯片的集成架构，利用多色激发检测方案在靠近器件处实现99.2%高保真无背景成像，并验证了无缺陷阵列的加载与重排。
2023-11-03 physics.atom-ph quant-ph
Utilizing photonic band gap in triangular silicon carbide structures for efficient quantum nanophotonic hardware
碳化硅由于其色心缺陷的长自旋相干性和单光子发射特性而成为量子信息材料平台中的主要材料之一。碳化硅在量子网络、计算和传感中的应用依赖于色心发射到单个光学模式中的有效收集。在这个平台上最近的硬件开发集中在角度蚀刻工艺，保留发射器的属性，并产生三角形的设备。然而，人们对这种几何结构中的光传播知之甚少。我们探索了光子带隙的形成与三角形截面的结构，这可以作为一个指导原则，在碳化硅开发高效的量子纳米光子硬件。此外，我们提出了三个领域的应用：TE通滤波器，TM通滤波器，和高反射率的光子晶体镜，它可以用于有效的收集和传播模式选择的光发射。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Review Article: Quantum Nanophotonics in Diamond
在过去的十年里，在开发用于传感、量子信息处理和量子基础测试的金刚石色心方面取得了巨大进展。这些应用的成功以及光-物质相互作用的基础研究越来越依赖于对色心光学相互作用的改进控制-从更好的荧光收集到与受限单光学模式的有效和精确耦合。已经进行了广泛的研究工作，通过先进的金刚石纳米纤维来满足这些需求。这篇综述将涵盖金刚石纳米和微光子结构的最新进展，用于有效的光收集，色心到纳米腔耦合，金刚石器件与其他材料系统的混合集成，以及使这些复杂的光子金刚石系统成为可能的各种制造方法。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Heating in Nanophotonic Traps for Cold Atoms
在纳米光子波导中被捕获并与光发生光学接口的激光冷却原子是量子光学基础研究以及量子通信和量子信息处理中的应用的强大平台。自从这种混合量子纳米光子的第一次实现以来，在各种实验环境中观察到的原子运动的加热速率通常超过可比的自由空间光学微陷阱中的加热速率约三个数量级。这种过度加热是实现某些协议和设备的障碍。它的起源至今仍然难以捉摸，在纳米光子陷阱中遇到的小于光波长的典型原子-表面分离处，许多效应可能潜在地有助于原子加热。在这里，我们从理论上描述了波导的机械振动对被引导的光场的影响，并提供了纳米光子陷阱中粒子-声子相互作用的一般理论。我们测试我们的理论，将其应用到激光冷却的铯原子的情况下，基于纳米纤维的双色光阱。我们发现预测的加热速率和实验测量值之间的定量协议。我们的理论预测，在这种情况下，占主导地位的加热过程源于光阱原子的光机械耦合的热占据弯曲机械模式的波导结构的连续。除了解开长期存在的基于纳米纤维的原子陷阱过度加热之谜，我们还研究了加热速率对相关系统参数的依赖性。我们的研究结果使我们能够提出几种策略，以尽量减少加热。最后，我们的研究结果也是高度相关的光学力学实验与介电纳米粒子，光学捕获接近纳米光子波导。
2019-11-19 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
State Carving in a Chirally-Coupled Atom-Nanophotonic Cavity
研究手性耦合原子-纳米光腔的反射率谱，利用手性耦合破坏性干涉产生的光谱凹陷作为新控制旋钮，通过态雕刻在单光子反射谱中定制并预报任意原子数的Bell态和W态，为多量子比特态工程和多体纠缠传输提供新途径。
2023-04-18 quant-ph
Trapping single atoms on a nanophotonic circuit with configurable tweezer lattices
纳米光子学附近的被困原子形成了一个令人兴奋的平台，用于自下而上合成强相互作用的量子物质。诱导可调谐的长程原子-原子与光子相互作用的能力为探索多体物理和量子光学提供了机会。在这里，我们实现了一个可配置的光镊阵列在一个平面光子电路定制冷原子集成和控制的捕获和高保真成像的一个或多个原子直接在光子结构上的阵列。使用光传送带由一个移动的光晶格内的镊子势，我们表明，单个原子可以从一个水库运输到附近的光子接口，潜在地允许无缺陷的原子纳米光子混合晶格的合成。我们的实验平台可以与普通的平面光子波导和谐振器集成，有望实现片上多体量子光学和量子技术的应用。
2019-04-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum memory on a nanophotonic silicon chip
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）；Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）
本文提出了一种基于掺铒硅波导的量子存储器，实现了高带宽和可编程延迟，优于传统芯片延迟线，为硅基光子量子计算奠定了基础。
2026-03-31 cond-mat.other quant-ph
Telecom quantum memory over one microsecond in nanophotonic lithium niobate
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Q-NEXT, Argonne Na（Q-NEXT，阿贡国家实验室）
该研究利用掺铒薄膜锂铌酸盐原子频梳实现了超过微秒的电信波段单光子脉冲存储，展示了高保真度的量子存储与低噪声特性，为片上量子存储器的发展提供了新平台。
2026-05-15 quant-ph
Trapped atoms and superradiance on an integrated nanophotonic microring circuit
研究实现了在集成纳米光子微环电路上囚禁多达70个冷原子，利用简并拉曼边带冷却获得近700ms寿命，并观察到原子向回音壁模式的超辐射衰变，为量子应用提供了可扩展途径。
2024-06-21 physics.atom-ph quant-ph
Generating scalable graph states in an atom-nanophotonic interface
提出在原子-纳米光子腔中通过状态雕刻技术制备一维和二维高保真度可扩展图态的系统协议，利用光镊绝热传输原子并优化状态制备概率，展示了该界面创建图态的能力。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
