Numerical optimization of the extraction efficiency of a quantum-dot based single-photon emitter into a single-mode fiber
我们提出了一种数值方法,用于精确和有效地模拟强局域光源,如量子点,嵌入在介电微光学结构。我们应用该方法,以优化光子提取效率的单光子发射器的量子点嵌入到一个多层堆叠进一步的横向结构。此外,我们提出的方法来研究的鲁棒性的提取效率相对于制造误差和缺陷。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph quant-ph
Strong Dipole-Dipole Interactions via Enhanced Light-Matter Coupling in Composite Nanofiber Waveguides
本文利用并矢 Green 函数分析双纳米光纤复合波导,证明其可增强发射体耦合、Purcell 效应及偶极介导纠缠。
2024-05-10 physics.optics quant-ph
Single-photon superradiance and subradiance in helical collectives of quantum emitters
Quantum Biology Laboratory, Howard University(霍华德大学生物量子实验室)
研究通过分析单光子与连续分布的量子发射体在无限直线和无限螺旋上的相互作用,推导了集体衰减率和拉姆移的解析表达式,并比较了不同结构的极限情况,揭示了离散与连续发射体案例的差异,为量子信息处理中的超辐射纠错和亚辐射存储提供了理论支持。
2025-10-26 quant-ph
Investigation of Purcell enhancement of quantum dots emitting in the telecom O-band with an open fiber-cavity
本研究将电信O波段半导体量子点集成到可调谐开放式光纤腔中,观测到Purcell效应导致的衰减时间最多缩短2.46(2)倍,分析了系统限制因素,为高效电信量子光源研发指明路径。
2024-08-06 physics.optics quant-ph
Polarization-encoded quantum key distribution with a room-temperature telecom single-photon emitter
该研究利用基于GaN缺陷的室温电信波段单光子源实现偏振编码量子密钥分发,在不同长度光纤测试中获得相应安全密钥率,验证了GaN缺陷在量子通信中的应用潜力。
2024-10-07 quant-ph
Cavity enhancement of V2 centers in 4H-SiC with a fiber-based Fabry-Pérot microcavity
本研究将4H-SiC薄膜中的V2色心集成到光纤法布里-珀罗微腔中,实现零声子线散射光子13.3倍增强,为确定性自旋-光子相互作用奠定基础。
2025-03-28 physics.optics quant-ph
Cavity quantum electrodynamics on a nanocapillay fiber using a composite photonic crystal symmetric cavity
本研究报道了纳米毛细管光纤上复合光子晶体对称腔的腔量子电动力学条件,通过将单量子发射器置于波腹位置实现87%的最大通道效率,为量子技术中单光子操控应用提供了平台。
2025-07-08 quant-ph
A telecom band single-photon source using a grafted carbon nanotube coupled to a fiber Fabry-Perot cavity in the Purcell regime
本研究将嫁接碳纳米管上的有机色心与可重构高Q值光纤微腔耦合,实现了Purcell区域内1275 nm单光子发射,输出速率达20 MHz,并测得高达30的Purcell因子与25 μeV的真空Rabi分裂。
2023-05-30 quant-ph
Position-controlled Telecom Single Photon Emitters Operating at Elevated Temperatures
本研究利用含单InAsP棒中量子点的确定性定位InP纳米线,实现1.31μm高纯度单光子发射,评估了不同温度下的性能,为低冷却要求的可扩展电信单光子发射器制备奠定基础。
2022-10-28 quant-ph
Plug-and-play quantum devices with efficient fiber-quantum dot interface
将固态量子发射器嵌入光纤网络中,可以实现量子信息的远距离传输和分布式量子节点的远程连接。然而,将量子发射器与纤维光学对接遇到若干挑战,包括低耦合效率和稳定性。在这里,我们展示了一种高效的光纤接口光子器件,它可以直接将单光子从量子点发射到标准的FC/PC连接器化单模光纤(SMF 28)中。基于孔光栅的优化设计的光子结构产生与单模光纤的小数值孔径相匹配的超窄定向光束。拾放技术选择性地将单个小型化器件集成到光纤的芯中。我们的方法实现了即插即用的单光子器件,不需要任何光学对准,从而保证了长期稳定性。因此,这些结果代表了在光纤网络上实现实用和可靠的量子光的重要一步。
2022-02-26 physics.optics quant-ph
Sequential generation of linear cluster states from a single photon emitter
由多个纠缠光子组成的光态--如团簇态--对于发展和扩大量子计算网络是必不可少的。具有离散变量的光子团簇状态可以从单光子源和纠缠门获得,但到目前为止,这仅是用概率源约束到本质上低效率和增加的硬件开销来完成的。在这里,我们报告的资源有效的生成偏振编码,单独寻址,光子在线性集群状态占据一个单一的空间模式。我们采用一个单一的纠缠门在光纤环配置,顺序纠缠不断增长的光子流源自目前最有效的单光子源技术-半导体量子点。利用该装置,我们演示了在单模光纤中产生多达四个光子的线性团簇态。所报道的架构可以被编程以产生具有记录缩放比的任何数量的光子的线性簇状态,从而潜在地实现光子量子计算方案的实际实施。
2020-01-06 quant-ph
Subradiance and Superradiant Long Range Excitation Transport among Quantum Emitter Ensembles in a Waveguide
本文提出利用波导中量子发射体间长程周期性偶极-偶极相互作用,实现高度激发的亚辐射态和远距离系综间快速、受控、近乎无损耗的集体能量传输,并展示了其在量子时钟、量子电池等领域的应用潜力。
2024-05-16 quant-ph
Long-term transmission of entangled photons from single quantum dot over deployed fiber
基于单量子发射器的非经典光源被认为是多量子网络架构的核心技术。已经开发了各种各样的光源,但是所产生的光子仍然远未在已建立的标准光纤网络中使用。在这里,我们报告了一个为期一周的传输偏振纠缠光子从一个单一的InAs/GaAs量子点通过城域网光纤。发射的光子在电信O波段,有利于光纤通信。我们采用了偏振稳定系统,克服了18.23公里的安装光纤引入的双折射的变化。实现了偏振编码纠缠的稳定传输,高保真度为91%,促进了亚泊松量子光源在现有光纤网络上的运行。
2018-07-27 quant-ph
Theory of time-bin entangled photons from quantum emitters
本文建立描述量子发射体时间-bin纠缠光子测量的理论,推导对应量子态层析的多时间关联函数,并为纳入损耗与退相干的真实模拟提供基础。
2024-04-24 quant-ph
Fiber ring resonator with nanofiber section for chiral cavity quantum electrodynamics and multimode strong coupling
我们实验上实现了一个光纤环形腔,包括一个锥形部分与亚波长直径腰部。在该部分中,被引导的光表现出显著的渐逝场,其允许与光学发射器的有效接口。一个商业可调谐光纤分束器提供了简单和强大的耦合到谐振器。谐振腔的关键参数,如其输出耦合率,自由光谱范围和双折射率可以调整。由于低锥度和耦合损耗,谐振器表现出F=75+/-1的无载精细度,足以达到用于放置在倏逝场中的发射器的强耦合的状态。该系统非常适合于沿超导截面捕获激光冷却的原子系综。基于测量的参数,我们估计该系统可以作为一个平台,光学多模强耦合实验。最后,我们讨论了基于手征量子光学应用的谐振腔的可能性。
2016-11-04 physics.optics quant-ph
Thermal tuning of a fiber-integrated Fabry-Pérot cavity
本文研究光纤集成法布里-珀罗腔的热调谐,通过独立温控光纤布拉格光栅实现共振波长和阻带调谐,保持精细度不退化,并可用于窄带滤波和量子发射体的可逆耦合。
2021-05-25 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Controlling excess noise in fiber optics continuous variables quantum key distribution
我们描述了一个工作在1550 nm的连续变量相干态量子密钥分发系统,该系统完全由标准的纤维光学和通信元件,如集成光学调制器、耦合器和快速InGaAs光电二极管组成。该装置由发射机和接收机组成,发射机在复平面内随机调制一个具有双高斯分布的相干态,接收机采用有限时间分辨的散粒噪声零差探测器。通过使用反向协调协议,该设备可以传输高达1 Mb/s的原始密钥速率,并具有针对高斯或非高斯攻击的已证明的安全性。本光纤设置的秘密信息速率的依赖性作为线路传输和过量噪声的函数进行了研究。
2005-12-01 quant-ph
On the dissipative dynamics of entangled states in coupled-cavity quantum electrodynamics arrays
研究了两种光纤耦合光学环形腔与二能级量子辐射源相互作用系统中任意光子数N的N 00 N态的耗散动力学。一个架构由一个双向级联阵列的发射器腔系统,而在另一个架构中,我们考虑两个光纤耦合的RR每个耦合到多个偶极-偶极相互作用(DDI)的量子发射器(QE)。在本文中,我们的重点是研究如何我最初准备的多激发原子N 00 N态转移到RR,然后如何迅速衰减在这些开放腔量子电动力学(CQED)设置,而不同的发射极-腔耦合强度,发射极-腔失谐,和背散射腔模式。我们提出了一个一般的理论形式主义有效的任何任意数量的QE,RR,和N数在N 00 N状态的两个计划。作为例子,我们讨论了单激发和双激发N 00 N状态的情况下,并报告我们的研究结果在这两个计划的比较。作为主要结果之一,我们得出结论,阵列方案倾向于存储N 00 N更长的时间,而DDI方案支持更高的保真度值。本研究的结果可能会在量子精密测量和量子光刻中设计新的基于多方纠缠的协议中找到应用。
2021-12-14 quant-ph
Multi-channel, tunable quantum photonic devices on a fiber-integrated platform
针对多量子光源难以可扩展集成到实用光学平台的问题,提出将多个量子点器件选择性集成到V型槽光纤平台的方案,实现了通信波长下紧凑光纤芯片内的可扩展、可靠可调谐单光子阵列。
2024-12-16 quant-ph
Complete analysis of a realistic fiber-based quantum repeater scheme
提出一种基于时间复用的量子中继器协议,通过专用通信阶段提高试验速率,结合纠缠交换与纯化,在1000公里距离上实现1至1000 Hz的密钥速率,并指出需约一秒的存储相干时间和10^{-3}量级的门及测量错误。
2025-04-24 quant-ph
Compact and efficient quantum frequency conversion of a fiber-pigtailed single-photon source
Université Côte d’Azur, CNRS, Institut de physique de Nice(尼斯大学、法国国家科学研究中心、尼斯物理研究所);Quandela SAS(Quandela公司);Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)(巴黎-萨克雷大学、法国国家科学研究中心、纳米科学和纳米技术中心)
本文提出了一种基于光纤尾端单光子源和铌酸锂波导的高效量子频率转换方案,实现了单光子从 925.7 nm 到电信 C 波段的高效转换,端到端效率达 48.4%。
2025-12-10 quant-ph
Nanocavity enhanced photon coherence of solid-state quantum emitters operating up to 30 K
本研究实验分辨固态量子点中两类温度相关声子退相干机制,并通过光子纳米腔耦合在30 K下显著提升光子相干性,同时提出可预测并优化器件性能的极化子模型。
2024-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Two-photon interference in the telecom C-band after frequency conversion of photons from remote quantum emitters
通过量子中继器进行的基于光纤的有效长距离量子通信依赖于电信波长的确定性单光子源,具有利用现有全球基础设施的潜力。为了提高量子网络的实验复杂性,远程非经典发射器在低损耗电信波段的双光子干涉(TPI)至关重要。关于不同发射器的TPI,已经进行了几个实验,例如,使用捕获的原子[Beugnon 2006]、离子[Maunz 2007]、NV中心[Bernien 2012,Sipahigil 2012]、SiV中心[Sipahigil 2014]、有机分子[Lettow 2010]和半导体量子点(QD)[Patel 2010,Flagg 2010,He 2013 b,Gold 2014,Giesz 2015,Gaza 2017,Reindl 2017,Zopf 2017];然而,频谱范围与非常理想的电信C波段相距甚远。在这里,我们报告了来自远程QD的下转换单光子之间在1550 nm处的TPI [Michler 2017 Book],证明量子频率转换[Zask 2012,Ates 2012,Kambs 2016]是消除独立发射器之间频率差的精确和稳定机制。共振时,观察到(29 ± 3)%的TPI可见度,仅受单个QD的光谱扩散过程的限制[Robinson 2000,Kuhlmann 2015]。在两个或单独的信号路径中引入了高达2公里的额外光纤通道,对TPI可见性没有影响,证明光子波包失真可以忽…
2018-03-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Phase shift spectra of a fiber-microsphere system at the single photon level
利用弱相干探测光在单光子水平上测量了微球腔与锥形光纤耦合的相移谱。我们利用一个几乎没有退偏的锥形光纤,并构建了一个非常稳定的相移测量方案的基础上偏振分析,光子计数。利用很弱的探测光(\bar{n} = 0:41),我们成功地观察到了在欠耦合和过耦合之间的相移谱(分别在500和100 nm的间隙距离处)的转变,并利用量子态层析术获得了“纯度谱”。即使在过耦合状态下,平均纯度为0.982 \pm 0.024(最小纯度:0.892),这表明纤维-微球系统的相干性得到了很好的保持。基于这些结果,我们认为该系统适用于使用单个发光体(如金刚石氮空位中心)的量子相位门。
2011-01-27 quant-ph
Selective excitation of a single rare-earth ion in an optical fiber
本研究通过选择性激发锥形光纤中的单个稀土离子,在室温下实现了单光子产生,并测量了单离子光学寿命,为全光纤量子网络提供了关键构建模块。
2025-08-25 quant-ph
Directional nanophotonic atom--waveguide interface based on spin--orbit interaction of light
玻璃纤维形式的光波导是全球电信网络的骨干。在这样的光纤中,光通过在具有较高折射率的纤芯和较低折射率的包层之间的界面处发生的连续全内反射而被长距离地引导。虽然这种机制确保没有光从波导中逃逸,但它会在包层中产生倏逝场。虽然在标准光纤中保护该场不与环境相互作用,但是通常在空气或真空包层光纤中采用该场,以便使用例如,锥形光纤耦合器值得注意的是,后者所施加的强限制可以导致光的自旋和轨道角动量的显著耦合。利用这一效应,我们证明了受控的方向自发发射的光量子发射到一个亚波长直径的波导。在一个范例设置,包括铯原子位于附近的真空包覆的二氧化硅纳米粒子的影响进行了研究。我们实验观察到的不对称性高于10:1的发射率到对向传播的基本导模的双折射。此外,我们证明,这种不对称性可以定制的状态准备和适当的激发的量子发射器。我们希望我们的研究结果将有重要的影响,在纳米光子学和量子光学的研究和实现集成的光信号处理的经典以及在量子制度。
2014-06-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Highly efficient channeling of single photons into guided modes of optical nanocapillary fibers
本文数值优化充水NCF的内外径及SDS位置,实现单光子向导模52%的高效导入,可为量子技术与生物传感提供新平台。
2024-02-12 physics.optics quant-ph
Frequency conversion in a hydrogen-filled hollow-core fiber using continuous-wave fields
针对非线性晶体量子频率转换的带宽、调谐与偏振等局限,本文在充氢反共振空芯光纤中利用两个相干连续波泵浦场实现保持偏振的频率转换。
2024-12-04 quant-ph
Room Temperature Fiber-Coupled single-photon devices based on Colloidal Quantum Dots and SiV centers in Back Excited Nanoantennas
我们展示了一个重要的一步,在芯片上集成的单光子源在室温下工作的光纤耦合的定向量子发射器与背激发。方向性是通过混合金属-电介质靶心天线实现的,而反向激励是通过将发射器放置在靶心中心的亚波长孔处或孔中来实现的。总的来说,独特的设计使得能够从片上器件的背面直接激光激发,并且将高度准直的光子发射非常有效地耦合到低数值孔径(NA)自由空间光学器件或直接从前面耦合到光纤。为了展示该概念的多功能性,我们制造了包含胶体量子点或含纳米金刚石的硅空位中心的设备,这些设备使用两种不同的纳米定位方法精确地耦合到纳米天线。两种背激发装置在低至0.5的NA下显示约70%的前收集效率。此外,反向激发与前向低NA方向性的组合使得能够将发射的光子直接耦合到近端光纤中,而不需要任何耦合光学器件,从而促进并大大简化未来的集成。
2023-03-19 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Fiber Fabry-Perot cavity with high finesse
利用CO2激光加工的反射镜实现了光纤法布里-珀罗腔。它结合了非常小的尺寸,高精细度F>=130000,小腰部和模式体积,以及光纤和腔模式之间良好的模式匹配。这种特征的组合是腔量子电动力学(CQED)的一个重大进步,如最近的CQED实验所示,这种腔使玻色-爱因斯坦凝聚体成为可能[Y. Colombe等人,Nature 450,272(2007)]。它也应该适合于广泛的其他应用,包括耦合到固态发射器,气体检测在单粒子水平,光纤耦合单光子源和高分辨率的光学滤波器与大阻带。
2010-05-01 physics.optics quant-ph
Electronic and Photonic Integration of Single Quantum Emitters in 2D Materials
University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校)
本文综述了二维材料中单量子发射体的电子与光子集成进展,探讨了通过电子和光子集成优化单光子源性能的方法,包括抑制闪烁、光谱漂移和电荷噪声。
2026-05-07 quant-ph
Engineering chlorine-based emitters in silicon carbide for telecom-band quantum technologies
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心)
在硅碳化物中工程化氯基发射体,用于实现电信波段量子技术,通过氯离子注入和退火制备出新型色心,具有强潜在应用价值。
2025-10-28 quant-ph
Position-controlled trapping of nanoparticles and quantum dots on a fiber taper
研究双色光纤锥光阱的三维捕获势,通过控制双模相对功率调节纳米粒子捕获位置,并验证量子点与金纳米粒子共捕获及激发场复用,为量子发射体定位与谐振器耦合调节提供方案。
2023-04-09 physics.optics quant-ph
Single Photon Sources with Near Unity Collection Efficiencies by Deterministic Placement of Quantum Dots in Nanoantennas
量子网络中光子节点之间的确定性耦合是实现各种量子技术的重要一步。然而,独立式发射器的全方向性使得这种耦合效率非常低,特别是如果远处的节点通过光纤等低数值孔径(NA)通道耦合时。这种限制需要将量子发射器放置在纳米天线中,纳米天线可以以非常高的效率将光子引导到通道中。此外,为了能够将这种技术扩展到大量通道,发射器的放置应该是确定性的。在这项工作中,我们提出了一种方法,直接定位单个独立的量子发射器的高度定向靶心金属介电纳米天线的中心具有高空间精度。我们进一步采用非闪烁、高量子产率的胶体量子点(QD)用于不受不稳定性或非辐射激子复合过程影响的按需单光子发射。总之,这种方法导致了85%的单光子到0.5的低NA的创纪录的高收集效率,为片上室温纳米天线发射器设备与光纤或远程自由空间节点之间的有效耦合设置了阶段,而不需要额外的光学器件。
2021-02-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Highly-reduced Fine-structure splitting in InAs/InP quantum dots offering efficient on-demand 1.55 $μ$m entangled photon emitter
为了通过量子点(QD)产生纠缠光子对,激子精细结构分裂(FSS)必须与激子均匀线宽相当。而在(In,Ga)As/GaAs量子点中,本征FSS约为几十$μ$ eV。为了实现光子纠缠,需要从大量的样品中挑选出一个具有极小FSS的样品,或者施加强的面内磁场。通过对量子点产生FSS的根本原因的理论模拟,我们预测InAs/InP量子点的本征FSS比InAs/GaAs量子点的本征FSS小一个数量级,而且它们的激子带隙与1.55 $μ$ m光纤波长相匹配,因此为长距离量子通信提供了高效的按需纠缠光子发射器。
2008-06-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
3D printed micro-optics for quantum technology: Optimized coupling of single quantum dot emission into a single mode fiber
未来的量子技术关键在于构建高保真的量子网络。为了实现这一具有挑战性的目标,最重要的是以一种方式连接单量子系统,使得它们发射的单光子以尽可能高的相干度重叠。这需要不同发射器的发射光的完美模式重叠,这需要使用单模光纤。在这里,我们提出了一种先进的制造方法来完成这一任务:我们将3D打印的复杂微光学器件,如半球形和Weierstrass固体浸没透镜以及单InAs量子点顶部的全内反射固体浸没透镜与单模光纤上的3D打印光学器件相结合,并比较它们的关键特性。有趣的是,半球形固体浸没透镜的使用进一步增加了发射器的定位精度低于1纳米时,获取微光致发光地图。系统可以连接在一起并永久固定。该集成系统可以通过浸入液氦中、通过斯特林制冷机或通过闭合循环氦低温恒温器来冷却,而不需要光学窗口,因为所有访问都是通过集成单模光纤。我们确定了理想的光学设计和目前的实验,证明了优秀的高速率单光子发射的高对比度汉伯里布朗和Twiss实验。
2020-07-13 physics.app-ph physics.optics quant-ph
High-speed quantum transducer with a single-photon emitter in a 2D resonator
量子换能器可以在不同的系统之间传递量子信息。微波-光子转换对于未来的量子网络将远程超导量子计算机与光纤互连是重要的。在这里,我们提出了一个高速量子换能器的基础上的单光子发射器在原子薄膜谐振器,可以耦合单个微波光子到单个光学光子。2D谐振器是独立的范德华异质结构(可以由六方氮化硼、石墨烯或其他2D材料组成),其承载量子发射器。2D谐振器的机械振动(声子)通过利用应变或斯塔克效应移动单光子发射器的光学跃迁频率来与光学光子相互作用。机械振动通过偏移包括膜的LC电路的谐振频率而耦合到微波光子。由于2D谐振腔的小质量,单光子光机械耦合强度和机电耦合强度都可以达到强耦合状态。这为微波光子、声子和光子之间的高速量子态转移提供了一种方法。
2020-07-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Towards an All-Silicon QKD Transmitter Sourced by a Ge-on-Si Light Emitter
本文提出一种基于 Ge-on-Si 光发射器非相干光源的偏振编码 BB84 协议全硅量子密钥分发发射机概念,实验验证其在 1 GHz 符号率下实现 2.15 kbit/s 原始密钥率,证明其在零信任数据中心短距离应用的可行性。
2024-04-30 quant-ph
Increasing the photon collection rate from a single NV center with a silver mirror
在追求实现量子光网络的过程中,已经研究了大量不同的方法来实现按需的单光子源。这些方法的共同目标是在保持高信噪比的同时,将来自量子发射器的所有发射收集到单个空间光学模式中。在这项工作中,我们使用一个单一的氮空位中心在金刚石作为量子发射器在环境条件下工作,我们证明了增加的光子计数率高达1.76的一个因素,通过放置银镜制造的光纤端面附近的发射器。
2014-06-16 physics.optics quant-ph
Fiber-based cryogenic and time-resolved spectroscopy of PbS quantum dots
PbS量子点是一种很有前途的有源发射体,可用于高质量的硅纳米光子器件。低量子点密度的测量是有限的,因为低荧光水平和在这些波长下的单光子检测的挑战。在这里,我们报告的方法,使用光纤锥形波导有效地提取PbS量子点光致发光。随温度变化的系综测量结果表明,随着激发态寿命从293 K时的58.9 ns增加到40 K时的657 ns,发射光子随之增加。还使用腔共振脉冲激发对高- $Q$($>10^5$)微盘上的量子点进行测量。
2010-12-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Detection of single ions in a nanoparticle coupled to a fiber cavity
本文提出在光纤腔中利用Purcell增强探测掺铒纳米颗粒内的单个固态离子,通过开放式腔体实现空间和频率调谐,并验证单光子发射特性,为量子网络硬件奠定基础。
2023-02-28 quant-ph
On-chip single-photon subtraction by individual silicon vacancy centers in a laser-written diamond waveguide
在单光子水平上修改光场是即将到来的量子技术的关键挑战,并且可以通过集成量子光子学以可扩展的方式实现。激光写入金刚石光子学提供了与光纤技术相匹配的三维制造能力和大模场直径,但限制了单发射器水平的协同性。为了实现大的cooperativities,我们结合激发单个浅注入硅空位中心通过大数值孔径光学检测辅助激光写入II型波导。我们证明了单发射器消光测量与协同系数为0.153和β因子为13%,产生15.3%作为一个单一的发射器的量子效率的下限。共振光子的传输揭示了从准相干场中减去单光子,导致超泊松光统计。我们的架构使单量子级光场工程在一个集成的设计,可以在三维制造,并与光纤阵列的自然连接。
2021-11-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Compact Chirped Fiber Bragg Gratings for Single-Photon Generation from Quantum Dots
本研究提出一种基于啁啾光纤布拉格光栅的紧凑模块,用于高效激发量子点产生单光子,克服现有方法的体积和稳定性问题。
2023-06-20 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.chem-ph
One-Way Quantum Repeater with Rare-Earth-Ions Doped in Solids
提出利用固体中掺杂稀土离子与纳米腔耦合高效生成光子簇态,并采用多路复用方案,以少于100个量子发射器在数千公里距离上实现兆赫兹密钥率,用于一向量子中继器节点。
2024-04-13 quant-ph
Vanadium spin qubits as telecom quantum emitters in silicon carbide
具有自旋寄存器的固态量子发射器是量子通信的有前途的平台,但很少在低损耗光纤网络所需的窄电信频带内发射。在这里,我们在碳化硅(SiC)中创建和隔离近表面的单一钒掺杂剂,在O波段(1278-1388 nm)具有稳定和窄的发射,亮度允许在晶圆级CMOS兼容材料中进行无腔检测。在钒系综中,我们表征了4 H-SiC和6 H-SiC中所有五个可用位点的复杂d1轨道物理。光学跃迁对来自局部硅和碳同位素的质量偏移敏感,从而实现光学分辨的核自旋寄存器。在基态和激发轨道态的光学检测磁共振揭示了各种超精细相互作用与钒核自旋和量子存储器的时钟跃迁。最后,我们展示了自旋态的相干量子控制。这些结果为固态电信发射体的量子应用提供了一条途径。
2019-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A quantum-coherent photon--emitter interface in the original telecom band
本研究在原始电信波段实现了波导集成量子点的量子相干光子-发射体界面,具有接近变换极限的线宽和高发射速率,为可扩展量子网络铺平道路。
2025-10-10 physics.optics quant-ph
Quantum correlation enhanced super-resolution localization microscopy enabled by a fiber bundle camera
尽管在微光探测方面取得了进展,但诸如光子相关的单光子方法很少用于成像的背景下。少数演示,例如利用光子的量子统计的子衍射极限成像,仍然处于原理证明演示的领域。这主要是由于大多数可用的单光子敏感成像探测器的填充因子、量子效率、帧速率和信噪比特性的低值的组合。在这里,我们描述了一种成像设备的基础上耦合到单光子雪崩探测器,它结合了一个大的填充因子,高量子效率,低噪声和可扩展的架构的光纤束。我们的设备能够在非稀疏非静止场景中实现基于定位的超分辨率显微镜,利用从非经典光子统计中收集的有源发射器数量的信息。
2017-02-01 physics.optics quant-ph
High-order exceptional point in a nanofiber cavity quantum electrodynamics system
提出了一种全光纤发射腔量子电动力学(QED)系统,该系统由两个二能级发射器和一个单模腔组成。我们的方案使得基于发射极和谐振腔之间的耦合来观察高阶例外点成为可能。该腔的有效增益可以通过两个相同的激光场弱驱动到双腔来获得,在实验中实现相干完全吸收(CPA)。在实验可行的参数下,该系统的哈密顿量满足伪厄米性条件,即其本征值可以由一个实数和一对复共轭构成,也可以全为实数。通过调节两个发射极-腔耦合强度的比值和发射极的衰减速率的比值,我们可以发现发射极-腔系统中不具有宇称时间对称性的三阶例外点(EP 3)和二阶例外点(EP 2)。这些结果也可以通过总的输出光谱和透射光谱来证明。当耦合强度大于EP 3点的临界耦合强度时,对称模产生。我们的建议将提供一个新的方法来实现高阶例外点。
2022-01-11 physics.optics quant-ph
Control design for inhomogeneous broadening compensation in single-photon transducers
利用单光子在微波频率和光频率之间的转换器,可以实现远距离超导量子计算机之间的光纤量子通信。一个有前途的可扩展的方法来构建这样的换能器是使用量子发射器的合奏同时与电磁场在光和微波频率相互作用。然而,发射器的跃迁频率的不均匀加宽可能对这种集体作用有害。在这篇文章中,我们利用基于梯度的优化策略来设计驱动换能系统的激光场的时间形状,以减轻不均匀加宽的影响。我们研究了在不同的单发射器协同制度的非均匀加宽的函数的转导效率的改善,并将其与恢复超辐射效应的发射器合奏。此外,为了评估我们的脉冲设计的最优性,我们提供了可验证的界限的设计问题,并将它们与所实现的性能进行比较。
2021-06-22 physics.optics quant-ph
Full-Stack High-Volume Quantum Networking Architecture based on Photonic-Integrated Tin Vacancy Centers in Diamond
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology(林肯实验室,麻省理工学院);Syracuse University(雪城大学)
本研究提出基于金刚石光子集成锡空位中心的全栈高容量量子网络架构,通过多物理场数字孪生等技术实现GHz级频谱调谐等关键突破,模拟显示千个发射器可实现99.96%连通性以达成分布式量子纠缠。
2026-08-18 quant-ph
Decoy-state quantum key distribution over 227 km with a frequency-converted telecom single-photon source
Heriot-Watt University(赫瑞瓦特大学);University of Strathclyde(思克莱德大学)
本研究利用频率转换的电信单光子源,在227公里光纤上实现了损耗容忍度更高的欺骗态量子密钥分发。
2025-12-04 quant-ph
Tunable quantum photonics platform based on fiber-cavity enhanced single photon emission from two-dimensional hBN
量子光子器件的实现需要将单个量子发射器耦合到光学谐振器的模式。在这项工作中,我们提出了一个混合系统,包括缺陷中心的化学气相沉积和光纤为基础的法布里-珀罗腔生长的少层hBN。hBN的亚10 nm厚度及其光滑表面使得能够有效地集成到腔模中。我们在大于30 nm的宽光谱范围内操作我们的混合平台,并使用其调谐器来探索不同的耦合机制。因此,我们实现了非常大的腔辅助信号增强高达50倍,同样强大的线宽变窄,由于腔漏斗,hBN腔系统的两个记录。此外,我们实现了共振激发,使我们能够建立腔辅助PLE光谱的激发和读出方案。我们的工作标志着在实际量子技术中部署耦合到光纤腔的2D材料的重要里程碑。
2020-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
A stand-alone fiber-coupled single-photon source
在这项工作中,我们提出了一个独立的和光纤耦合的量子光源。该即插即用设备基于经由光纤递送单光子的光学驱动的量子点。该量子点被确定性地集成在单片微透镜中,该单片微透镜通过主动光学对准和环氧粘合剂结合精确地耦合到光纤的芯。刚性耦合的光纤发射器组件被集成在一个紧凑的斯特林制冷机的基础温度为35 K。我们基准我们的实际量子器件通过光子自相关测量揭示$g^{(2)}(0)=0.07 \pm 0.05$在连续波激发下,我们展示了触发的非经典光在80 MHz的重复率。我们的量子光源的长期稳定性进行了评估的耐久性测试表明,光纤耦合的量子点发射是稳定在4%以内,在几个连续的冷却/升温循环。此外,我们证明了非经典光子发射的用户干预免费100小时的测试运行和稳定的单光子计数率高达11.7 kHz的标准偏差为4%。
2017-12-01 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
A chiral one-dimensional atom using a quantum dot in an open microcavity
在纳米结构中,光与物质的相互作用可以被设计成手性的。在全量子体系中,手征一维原子,在一个方向上传播的光子与原子相互作用;在另一个方向上传播的光子不与原子相互作用。手征量子光学可应用于制造奈米级单光子路由器、环行器、移相器及双光子闸。此外,在手性系统中的许多发射器之间的定向光子交换可以使得能够产生高度奇异的量子态。在这里,我们提出了一种新的方法来实现手征量子光学$-$,我们使用一个低噪声的量子点在一个开放的微腔。具体来说,我们证明了单光子的非互易吸收,单光子二极管。非互易性,即正向传输与反向传输的比率,高达10.7 dB,并且通过将光子-发射极耦合调谐到最佳操作条件($β= 0.5$)来优化$\textit{in situ}$。证明非互易性产生于单个量子发射器在于随着输入激光功率增加的非线性,并且在光子统计中,在二极管的反向方向上传播的超低功率激光导致高度聚束输出($-$),这表明单光子分量在很大程度上被去除。这一结果为单光子移相器的研制铺平了道路,并通过利用量子点自旋,为双光子门和量子非破坏单光子探测器的研制铺平了道路。
2021-10-06 physics.optics quant-ph