Cavity enhanced emission from a silicon T center
本文在纳米光子腔中实现了单个硅 T 中心的光腔增强发射，将零声子线亮度提升两个数量级，总发射效率达 63.4%，为硅光子学中的高效自旋-光子接口奠定基础。
2023-10-25 physics.optics quant-ph
Cavity-Enhanced 2D Material Quantum Emitters Deterministically Integrated with Silicon Nitride Microresonators
二维材料中的光学活性缺陷，如六方氮化硼（hBN）和过渡金属二硫属化物（TMD），是一类有吸引力的单光子发射器，具有高亮度、室温操作、发射器阵列的特定位置工程以及外部应变和电场的可调谐性。在这项工作中，我们展示了一种新的方法来精确地对齐和嵌入hBN和TMD内的背景无氮化硅微谐振器。通过Purcell效应，高纯度hBN发射器在室温下表现出高达$46\%$的腔增强光谱耦合效率，这超过了无腔波导-发射器耦合的理论极限和先前的演示近一个数量级。这些器件采用CMOS兼容工艺制造，并且没有表现出2D材料光学特性的退化，对热退火的鲁棒性以及单模波导内量子发射器的100 nm定位精度，为具有按需单光子源的可扩展量子光子芯片开辟了道路。
2022-06-29 physics.optics quant-ph
Strongly coupled single quantum dot-cavity system integrated on a CMOS-processed silicon photonic chip
量子光子集成电路（QPIC）是构建量子技术应用集成器件的一种很有前途的工具。在光学领域，由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术授权的硅光子学提供了用于实现大规模QPIC的光学组件。QPIC需要单光子水平的光学非线性来促进光子-光子相互作用。然而，迄今为止，具有确定性（即，尽管基于硅光子学的QPIC的功能性增强，但是通过使用基于硅的组件来实现单光子非线性（非概率性）是具有挑战性的。在本研究中，我们首次在CMOS制程的硅光子晶片上实现了强耦合的InAs/GaAs量子点-腔量子电动力学系统。采用转移印刷法在硅片上实现了GaAs腔体的异质集成。本文实现的CMOS光子芯片上的腔QED系统是一种很有前途的片上单光子非线性元件的候选者，它构成了基于QPIC的未来应用的基础组件，如通过腔对量子比特态的相干操纵和无损测量，以及高效的单光子滤波器和路由器。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Silicon anisotropy in a bi-dimensional optomechanical cavity
本研究探究二维光力晶体中硅的机械各向异性，通过制备不同取向的器件，明确了取向对机械能带结构及光力耦合的影响，同时验证了该器件可在毫开尔文低温下实现0.2声子的基态占据，兼容低温测量。
2022-11-19 physics.optics quant-ph
All-silicon quantum light source by embedding an atomic emissive center in a nanophotonic cavity
该研究在硅基纳米光子腔中嵌入单个原子发光中心，实现了首个全硅量子光源，具有超过30倍的发光增强、近一致的耦合效率和8倍的发射加速，为大规模集成量子光子学开辟了道路。
2023-01-17 quant-ph
Cavity-assisted manipulation of freely rotating silicon nanorods in high vacuum
纳米级物体的光学控制最近已经发展成为一个蓬勃发展的研究领域，对精确测量，基础量子物理和单粒子热力学研究具有深远的前景。在这里，我们展示了在高真空中的硅纳米棒的光学操纵。最初，我们将这些颗粒雕刻到具有定制几何形状的硅衬底中，以便于通过激光诱导的机械分裂将它们发射到高真空中。我们通过与强腔内场的相互作用来操纵和跟踪它们的质心和旋转运动。我们的实验表明，纳米转子上的光学力比相同质量的硅纳米球强三倍。旋转棒所经受的光学扭矩将使得能够在无耗散环境中冷却旋转运动和扭转光学机械。
2015-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Air mode silicon nitride photonic crystals and their application to nonlinear quantum optomechanical sensing
纳米尺度光子晶体腔光学机械装置使得能够以足以观察量子效应的灵敏度检测纳米机械现象。在这里，我们提出了一个一维的空气模式的光子晶体腔图案化的氮化硅纳米梁的设计，并表明它形成的基础上，腔光学机械分裂光束和桨式纳米腔器件的力检测和非线性量子传感。该器件的空气模式对于光机械耦合是有利的，同时也具有较高的光学品质因数$Q_o\sim 10^6$，尽管其接近于光线并且氮化硅的折射率相对较低。由该器件实现的桨状纳米腔具有二次耦合系数$g^{(2)}/2π$ ~=~10~MHz/nm $^{2}$，并在量子光力学实验的背景下分析了它们的性能。
2019-05-08 physics.optics quant-ph
Multiplexed color centers in a silicon photonic cavity array
研究开发了一种由总线耦合腔阵列组成的硅光子平台，实现了对腔增强T中心阵列的频率多复用操作，为高效片上和长距离纠缠分发提供了可扩展方案。
2025-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tuning of Silicon Nitride Micro Cavities by Controlled Nanolayer Deposition
将单光子发射器与共振光子结构集成是实现量子通信、计算和传感的紧凑高效单光子源的一种有前途的方法。SPE和光子腔之间的有效相互作用要求腔的谐振与SPE发射线匹配。在这里，我们展示了一种新的方法，用于调整氮化硅（Si3N4）微腔通过控制沉积的包覆层。在数值模拟的指导下，我们沉积二氧化硅（SiO2）纳米层Si3N4脊结构上的步骤为50 nm。我们显示在一个自由的光谱范围（FSR）的腔谐振的调谐没有退化的腔的质量因子（Q因子）。然后，我们补充这种方法与局部激光加热微调的腔。最后，我们验证了包层沉积不会改变放置在腔体上的纳米颗粒的位置，这表明我们的方法可以用于集成SPE与光子结构。
2021-09-27 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Towards cavity-free ground state cooling of an acoustic-frequency silicon nitride membrane
我们演示了反馈冷却的毫米级，40 kHz的SiN膜从室温到5 mK（3000声子）使用迈克耳孙干涉仪，并讨论了没有光学腔的基态冷却的挑战。这一进展似乎在当前膜技术的范围内，将其定位为量子传感和基本弱力测量的悬浮系统的令人信服的替代品。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Purcell enhancement of silicon W centers in circular Bragg grating cavities
本研究针对硅基量子光子芯片的单光子生成需求，在圆形布拉格光栅腔中实现硅W色心的Purcell增强，实验观测到零声子线强度20倍提升与弛豫时间减半，为硅基按需单光子源开发提供了可行路径。
2023-10-27 physics.optics quant-ph
Enhanced cavity coupling to silicon monovacancies in 4-H Silicon Carbide using below bandgap laser irradiation and low temperature thermal annealing
在4 H-碳化硅（SiC）中的带负电荷的硅单空位$V_{Si}^-$是具有在固态量子计算应用中充当量子位或量子存储器的潜力的自旋活性点缺陷。光子晶体腔（PCC）可以增强$V_{Si}^-$的光发射，但微调缺陷-腔相互作用仍然具有挑战性。我们报告两个后制造过程，导致增强的$V_1^{'}$光发射从我们的1维PCC，表明改善之间的耦合的合奏硅空位和PCC。一种方法涉及在785 nm和532 nm波长下的带隙以下照明和在325 nm下的带隙以上照明，其在几分钟至几小时的时间范围内进行。另一个过程是在$100^o C$中进行20分钟以上的热退火。除上述带隙辐照外，其它工艺均能提高缺陷-腔体耦合，表现在77 K时$V_1^{'}$零声子线的Purcell因子增强。低于带隙的激光工艺归因于电荷状态的改变，改变了$V_{Si}^0$（暗态）与$V_{Si}^-$（亮态）的相对比率，而热退火工艺可以通过碳材料$C_i$的扩散来解释，碳材料$C_i$随后与其他缺陷重新结合以产生额外的$V_{Si}^-$。提出上述带隙辐射最初将$V_{Si}^{0}$转换为$V_{Si}^-$，但也可能导致$V_{Si}^-$扩散离开探针区域，导致光信号的不可逆减少。PCC光谱的观察允许洞察缺陷的修改和相互作用在一个受控的，指定的体积，并指出途径，以改善缺陷腔相互作用。
2020-09-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cavity-enhanced single photon source based on the silicon vacancy center in diamond
单光子源是各种量子技术中不可或缺的一部分，室温下的固态量子发射器是一种很有前途的实现方式。我们将纳米金刚石中单个硅空位中心的荧光耦合到可调光学微腔中，以证明与本征发射器特性相比，单光子源具有高效率，增加的发射速率和改善的光谱纯度。我们使用一个基于光纤的微腔模式体积小$3.4~λ^3$和$1.9\times 10^4$的品质因数，并观察到有效的Purcell因子高达9.2。我们进一步研究修改的内部速率动力学，并提出一个速率模型，密切同意的测量。我们观察到寿命变化高达31%，这受到本文研究的发射体有限量子效率的限制。通过改进材料，我们获得的参数预测单光子速率超过1 GHz。
2017-03-03 physics.optics quant-ph
Sub-100 Hz Intrinsic Linewidth 852 nm Silicon Nitride External Cavity Laser
本研究开发出852 nm波段本征线宽低于100 Hz的氮化硅外腔激光器，结合低损耗集成光子电路与商用增益芯片，实现高功率、宽调谐、高边模抑制比，为超冷原子传感器等应用提供紧凑型集成激光光源方案。
2024-10-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cavity cooling of free silicon nanoparticles in high-vacuum
在过去的三十年里，激光冷却促进了原子物理学的发展，因为它允许人们制备只能用量子力学描述的运动态原子。然而，大多数方法，例如多普勒冷却、偏振梯度冷却或亚反冲激光冷却，依赖于激光和明确定义的内部状态之间的近共振和循环耦合。虽然最近甚至在双原子分子中实现了这一壮举，但对于介观粒子来说非常困难。有人提出，外部空腔可以补偿介电物体中内部循环转变的缺乏，因此可以帮助冷却它们的质心状态。在这里，我们展示了在真正的高真空（< 10^8毫巴）中传播的硅纳米颗粒的横向动能的腔冷却。我们使用激光诱导的热机械应力在原始硅晶片上以纵向速度甚至低至v < 1 m/s来创建和发射它们。与高精细度红外腔的光的相互作用使它们的横向动能减少了30倍以上。这是对最近提出的探索质量范围在10^7到10^10 amu之间的物体的量子力学的非线性的新测试的重要一步。
2013-06-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A Diamond-Photonics Platform Based on Silicon-Vacancy Centers in a Single Crystal Diamond Membrane and a Fiber-Cavity
我们实现了一个潜在的平台，一个有效的自旋光子接口，即带负电荷的硅空位中心的金刚石膜耦合到一个完全可调谐的，基于光纤的，光学谐振器的模式。我们证明，引入薄（$\sim 200 \, \text{nm}$），单晶金刚石膜的谐振腔的模式不会改变腔的属性，这是一个有效的自旋光子接口的关键点之一。特别是，我们观察到恒定的高精细度值高达$3000$和线性分散在膜的存在下。我们观察到了增强因子为$\sim 1.9$的SiV $^{-}$中心系综的腔耦合荧光。此外，从我们的调查中，我们提取的合奏吸收和外推的吸收截面$(2.9 \, \pm \, 2) \, \cdot \, 10^{-12} \, \text{cm}^{2}$为一个单一的SiV $^{-}$中心，比以前报道的高得多。
2019-03-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Split-Gate Cavity Coupler for Silicon Circuit Quantum Electrodynamics
最近在硅双量子点（DQD）中实现了电荷-光子和自旋-光子的相干耦合。在这里，我们展示了一个多功能的分裂栅腔耦合器，允许一个以上的DQD耦合到同一个微波腔。作为水平失谐的函数的腔传输的测量产生电荷腔耦合速率$g_c/2π$ = 58 MHz，电荷退相干速率$γ_c/2π$ = 36 MHz，以及腔衰减速率$κ/2π$ = 1.2 MHz。电荷腔耦合率与器件模拟结果吻合较好。我们的耦合技术可以扩展到使多个DQD同时耦合到相同的腔模式，打开大门，使用微波频率光子的半导体量子位的远程耦合。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Isolating and enhancing the emission of single erbium ions using a silicon nanophotonic cavity
在长距离上分布量子纠缠的能力是量子技术的重要组成部分。固体中的单原子和类原子缺陷是理想的量子光源和存储纠缠的量子存储器。然而，开发远程量子网络的主要障碍是紫外和可见光谱中的典型原子跃迁能量与红外中光纤的低损耗传播带（大约1.5 $μ$ m）之间的不匹配。一个值得注意的例外是Er $^{3+}$离子，其1.5 $μ$ m跃迁用于驱动现代通信网络的光纤放大器中。然而，由于这种跃迁的电偶极禁戒性质导致的低于100 Hz的低光子发射速率，因此尚未实现与单个Er $^{3+}$离子的光学接口。在这里，我们证明了单一的Er $^{3+}$离子在固态主机的发射率可以提高300倍以上，使用小模式体积，低损耗的硅纳米光子腔。这种增强使得能够第一次清楚地观察到来自单个Er $^{3+}$离子的荧光。在一个小的频率范围内调谐激发激光器允许几十个不同的离子被寻址，并且磁场中的谱线分裂证实了光学跃迁与Er $^{3+}$离子的自旋耦合。这些结果是基于可扩展的硅纳米光子学架构的长距离量子网络和光子的确定性量子逻辑的重要一步。
2017-11-28 physics.optics quant-ph
Quantum photonics in triangular-cross-section nanodevices in silicon carbide
碳化硅正在发展成为实现量子信息处理硬件的重要固态平台。角蚀刻纳米器件正在成为一种解决方案，光子集成在大块基板的颜色中心是最好的定义。我们利用时域差分法和时域差分本征解方法模拟了三角形截面波导和光子晶体腔。我们分析了这些器件的模式内的最佳色心定位，并提供了在量子通信中应用的纳米腔中可实现的Purcell增强的估计。利用开放量子系统模型，研究了SiC中多个色心耦合到单个腔和光子晶体分子的发射极-腔相互作用.我们观察到极化激元和亚辐射态形成的腔量子电动力学适用于量子模拟的腔保护制度。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-enhanced measurements of defect spins in silicon carbide
在广泛使用的半导体中识别新的固态缺陷量子位候选者有可能使纳米制造设备用于增强量子位测量和控制操作。特别是，最近发现的碳化硅薄膜中的光学活性自旋态提供了一个可扩展的路线，将缺陷量子位到芯片上的光子器件。在这里，我们演示了使用3C碳化硅光子晶体腔增强色心缺陷自旋系综的激发，以增加测量的光致发光信号计数率，光学检测的磁共振信号强度，和光学自旋初始化率。我们观察到的光致发光和ODMR信号从腔共振激发激发Ky5色心的增加了30倍，并增加了基态自旋初始化率约2倍。此外，我们表明，小的激发模式体积和增强的激发和收集效率提供的结构可以用来研究非均匀加宽缺陷量子位系综。这些结果突出了纳米制造设备为工程设计色心缺陷量子比特的局部光子环境提供的一些好处，以实现量子信息和传感中的应用。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid Integration of GaP Photonic Crystal Cavities with Silicon-Vacancy Centers in Diamond by Stamp-Transfer
本文提出利用印章转移技术将磷化镓光子晶体腔与金刚石中硅空位中心集成，避免了金刚石刻蚀，实现了高达8900的腔品质因子和单缺陷共振激发，为量子网络提供了强光子-缺陷相互作用平台。
2022-12-13 physics.optics quant-ph
On-chip cavity quantum phonodynamics with an acceptor qubit in silicon
我们描述了一个基于芯片的，固态模拟腔QED利用声学声子，而不是光子。我们展示了硅纳米机械腔中的长寿命和可调谐受主杂质态如何发挥相干声子的物质非线性的作用，例如，约瑟夫森量子比特在电路量子电动力学中起作用。在1 - 20 GHz范围内的腔中可以达到强耦合（拉比振荡数~100）和强色散耦合（0.1 - 2 MHz）机制，从而能够控制单个声子、声子-声子相互作用、受体量子位的色散声子读出以及与其他光学机械组件（如声子-光子翻译器）的兼容性。我们预测明确的实验签名的受体腔系统。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical superradiance of a pair of color centers in an integrated silicon-carbide-on-insulator microresonator
基于色心的量子信息处理技术的一个突出挑战是将光学相干发射器集成到可扩展的薄膜光子学中。在这里，我们报告的集成近变换限制硅空位（V $_{\text{Si}}$）的缺陷到微盘谐振器中制造的CMOS兼容的4 H-绝缘体上碳化硅平台。我们证明了一个单发射器的协同高达0.8，以及从一对色心耦合到同一腔模式的光学超辐射。我们研究了多模干涉对多发射腔量子电动力学系统中光子散射动力学的影响。这些结果对于碳化硅中量子网络的发展至关重要，并通过将光学相干自旋缺陷与晶圆可扩展的最先进光子学相结合来弥合经典量子光子学的差距。
2022-02-10 physics.optics quant-ph
Strongly Cavity-Enhanced Spontaneous Emission from Silicon-Vacancy Centers in Diamond
量子发射器是包括量子通信、量子中继器和线性光学量子计算在内的广泛量子技术的组成部分。固态色心具有长的相干时间和小的非均匀展宽，是可扩展量子光学的理想候选材料。然而，一旦被激发，色心通常通过声子辅助过程衰减，限制了单光子产生和光子介导的纠缠产生的效率。在这里，我们证明了强增强的自发发射率的一个单一的硅空位中心嵌入在一个单片光学腔中的金刚石，达到一个政权的激发态寿命占主导地位的自发发射到腔模式。我们观察到10倍的寿命减少和42倍的发射强度增强时，腔被调谐到共振与一个单一的硅空位中心的光学跃迁，对应于90%的激发态能量衰减发生通过自发发射腔模式。我们还证明了迄今为止最大的耦合强度（$g/2π=4.9\pm0.3 GHz$）和协同性（$C=1.4$）的色心为基础的腔量子电动力学系统，使系统更接近强耦合制度。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
On-chip mechanical exceptional points based on an optomechanical zipper cavity
例外点（EPs）代表了非厄米系统中一种独特的光谱奇异性，近年来人们利用光学EPs研究了一些有趣的物理概念。作为一个超越光子学的系统，与许多物理系统耦合的机械振荡器预计将被进一步开发的EP用于机械传感，拓扑能量转移，非互易动力学等。在这项研究中，我们展示了芯片上的机械EP与硅光机械拉链腔，其中两个近简并的机械呼吸模式耦合通过一个单一的共本地化的光学模式。通过剪裁两个机械振子之间的耗散耦合和相干耦合，成功地观察到EP的一个显著特征，即具有1/2阶响应的光谱分裂。我们的工作提供了一个综合的平台，研究与硅芯片上的机械EP相关的物理，并提出了它们可能的应用超灵敏测量。
2022-02-26 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
Superconducting cavity-electromechanics on silicon-on-insulator
开发了涉及无水氢氟酸气相蚀刻的制造工艺，以在由绝缘体上硅晶片形成的独立式硅膜上产生高$Q$铝超导微波谐振器。使用该制造工艺，高阻抗$8.9$ GHz线圈谐振器以大参与比电容耦合到$9.7$ MHz微机械谐振器。双音微波光谱和辐射压力反作用被用来表征耦合系统中的稀释制冷机的温度下的$T_f = 11$ ~mK，产生测量的机电真空耦合率的$g_{0}/2π\approx 24.6$ ~Hz和机械谐振器$Q$ -因子的$Q_{m}=1.7\times 10^7$。微波反作用冷却的机械谐振器进行了研究，与最小的声子占据的$n_{m} \approx 16$声子被实现在升高的冰箱温度为$T_f = 211$ ~mK。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-Optical Spin Initialization via a Cavity Broadened Optical Transition in On-Chip Hybrid Quantum Photonics
本文在与氮化硅光子晶体腔耦合的纳米金刚石硅空位中心中实现电子自旋的全光学初始化与读出，并表征耦合参数及自旋弛豫、退相干率，为混合自旋-光子接口奠定基础。
2023-08-29 quant-ph
Cavity-enhanced zero-phonon emission from an ensemble of G centers in a silicon-on-insulator microring
本研究在SOI微环中集成G中心集合体，通过腔增强实现零声子线强度5倍提升，为集成量子光子学中确定性单光子源的发展提供关键信息。
2022-10-11 physics.optics quant-ph
Cavity-enhanced Raman emission from a single color center in a solid
我们证明了腔增强拉曼发射从一个单一的原子缺陷在固体中。我们的平台是一个单一的硅空位中心的钻石耦合与单片钻石光子晶体腔。该腔能够实现拉曼发射的前所未有的频率调谐范围（100 GHz），其显著超过金刚石纳米结构中硅空位中心的光谱不均匀性。我们还表明，腔选择性地抑制声子诱导的自发发射，降低拉曼光子产生的效率。我们的研究结果为纳米光子平台中固态量子发射体之间的光子介导的多体相互作用铺平了道路。
2018-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-coupled telecom atomic source in silicon
Rice University（莱斯大学）
本研究针对硅基T中心零声子线发射弱且慢的问题，将单个T中心与低损耗小模式体积硅光子晶体腔集成，实现荧光衰减速率6.89倍增强及73.3 kHz零声子线平均光子外耦合速率，为高效T中心自旋-光子接口构建奠定基础。
2023-10-30 physics.atom-ph quant-ph
Inverse-Designed Nanobeam Cavities for High-Cooperativity Spin-Photon Interfaces in Silicon
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本文通过统一的伴随优化框架逆向设计硅纳米束腔，针对T中心和Al1中心实现高协同性自旋-光子界面，获得高达3.25×10^6的品质因数和超过99.6%的腔耦合发射分数，并验证了制造鲁棒性，为可扩展量子网络提供了首个Al1中心腔设计。
2026-09-29 quant-ph
L-band single-photon generation from a cavity-coupled silicon C-center
Università di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；University of Maryland（马里兰大学）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）
本研究通过将硅C中心耦合至纳米光子晶体腔，实现了电信L波段单光子源，寿命缩短五倍，珀塞尔因子下界33，纯度0.23，奠定超低损耗量子应用基础。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Twin photon pairs in a high-Q silicon microresonator
报道了在高Q硅微盘谐振腔中通过腔增强非简并四波混频产生高纯度双光子对。双光子对在相同的腔模式内产生，因此预期在所有自由度上都是相同的。该器件能够在0.72 GHz的窄带宽内产生具有$(3.96\pm0.03)\times10^5 ~{\rm pairs/s}$大的对产生率的电信波长的双光子。在$(2.47\pm0.04)\times10^4 ~{\rm pairs/s}$的对产生率下，测量了$660\pm62$的符合与偶然比率，这是迄今为止报道的双光子对的最高值。通过精心设计的色散匹配窗口，我们已经减少了从简并四波混频非简并四波混频产生的光子的比例小于0.15。
2015-08-31 physics.optics quant-ph
Tunable cavity coupling to spin defects in 4H-silicon-carbide-on-insulator platform
本文首次在可扩展薄膜4H-SiC纳米光子学中将PL4双空位自旋缺陷集成到可调谐微环腔中，实现约5.0倍Purcell增强、ODMR对比度翻倍及自旋相干控制，为SiC量子光子电路奠定基础。
2024-12-28 quant-ph
Circuit Quantum Electrodynamics Architecture for Gate-Defined Quantum Dots in Silicon
我们展示了一种混合器件结构，其中使用片上超导微波腔读出在Si/SiGe异质结构中形成的双量子点（DQD）中的电荷态。品质因数Q = 5,400是通过选择性地蚀刻掉量子阱的区域并通过栅极偏置线的低通滤波来减少光子损失而实现的。零差法测量了DQD的电荷稳定性图和电荷-腔耦合率gc/2 pi = 23 MHz。这些测量结果表明，在Si DQD中捕获的电子可以有效地耦合到微波光子，潜在地实现硅中的相干电子-光子相互作用。
2017-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fabrication and characterization of high quality factor silicon nitride nanobeam cavities
Si 3 N4由于其宽的带隙和适度大的折射率（n $\approx$ 2.0）而成为在可见波长下应用纳米光子学的优良材料。我们在腔QED系统中制作了Si 3 N4光子晶体纳米束腔，并对其进行了表征。纳米束腔的共焦显微光致发光分析表明，品质因数高达Q ~ 55，000，这是有限的，我们的光谱仪的分辨率。我们还展示了粗调谐腔谐振在600- 700纳米范围内的光刻缩放制造设备的大小。在这个重要的波长范围内，这比以前的SiNx腔有一个数量级的改进。
2010-10-29 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Spin digitizer for high-fidelity readout of a cavity-coupled silicon triple quantum dot
基于自旋的量子信息处理的一个重要要求是可靠和快速地读出电子自旋状态，允许反馈和纠错。然而，常见的读出技术通常需要额外的栅极结构，阻碍器件缩放或对感测量子点的调谐配置施加严格的约束。在这里，我们在三重量子点内操作一个在线电荷传感器，其中一个量子点耦合到微波腔，并用于读出其他两个量子点的电荷状态。由于电荷传感器的接近，我们观察到在$t_{\rm int}$ = 1 $μ$ s的积分时间处具有>450的功率信噪比的近数字传感器响应。尽管小的单重态-三重态分裂$\approx$ 40 $μ$ eV，我们进一步利用传感器测量单重态-三重态量子位的自旋弛豫时间，实现了平均单次自旋读出保真度> 99%。我们的方法能够实现高保真度的自旋读出，将最小的设备开销与半导体量子器件中的灵活量子位操作相结合。
2021-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong Coupling of a Single Electron in Silicon to a Microwave Photon
由于硅的高质量原生氧化物和成熟的掺杂技术，硅对计算行业至关重要。同位素纯化已经使量子相干性时间达到秒级，从而使硅处于创造固态量子处理器的最前沿。我们证明了硅双量子点中的单电子与微波腔中的光子场的强耦合，正如真空拉比分裂的观察所示。量子点电子与腔光子的强耦合将允许半导体量子点中电子的长程量子位耦合和长程纠缠。
2017-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superradiance from Nitrogen Vacancy Centers Coupled to An Ultranarrow Optical Cavity
本研究针对金刚石氮空位中心耦合超窄光学腔的集体辐射效应，构建更完善的理论模型解释聚束肩、Rabi劈裂等现象，为NV中心及其他固态色心实验提供指导。
2024-07-13 physics.optics quant-ph
Coupling 4H-Silicon Carbide spins to a microwave resonator at milli-Kelvin temperature
Macquarie University（麦考瑞大学）；University of Western Australia（西澳大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（国立量子科学技术研究院）；Tohoku University（东北大学）
本研究在毫开尔文温度下实现了4H硅碳化物自旋与微波谐振腔的耦合，揭示了三种不同顺磁缺陷的自旋跃迁特性，为量子计算和通信提供了新的技术途径。
2025-09-18 quant-ph
Mesoscopic cavity quantum electrodynamics with phase-disordered emitters in a Kerr nonlinear resonator
本文利用碳化硅回音壁模式谐振器中的硅空位色心，通过光谱与空间无序及原位克尔非线性，在少发射体腔QED中实现涌现手性和四光子诱导的原子-光子关联，展示了固态缺陷系统研究量子电动力学基础物理的潜力。
2025-04-12 quant-ph
Nanoparticle detection in an open-access silicon microcavity
我们报告在微机械，开放式法布里-珀罗微腔中检测游离纳米粒子。当镜间距为$130\,μ$ m，曲率半径为$1.3\,$ mm，束腰半径为$12\,μ$ m时，对称红外谐振腔的模体积小于$15\,$ pL.小的束腰，加上超过34，000的精细度，使得能够在高真空中检测纳米尺度的介电颗粒。该装置允许实时监测单个$150\,$ nm半径二氧化硅纳米球的运动。我们观察到粒子和腔场之间的强耦合，这是光机控制的先决条件。我们讨论了光学冷却和检测的电介质粒子小于$10\,$ nm的半径和$1\times10^7\,$ amu的质量的前景。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spectral stability of cavity-enhanced single-photon emitters in silicon
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与工程中心）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）；Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）
研究通过将发射体集成至法布里-珀罗腔而非纳米光子谐振腔，有效降低了光谱漂移，实现了光谱稳定性提升，为硅基量子接口应用奠定基础。
2026-01-20 quant-ph
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Phononic bandgap nano-acoustic cavity with ultralong phonon lifetime
我们目前的测量在毫开尔文温度下的微波频率的晶体硅纳米梁腔的声学性能，将声子带隙箝位结构的声学限制。利用脉冲激光激发纳米梁腔的共定域光模，我们测量了单声子灵敏度的腔声学模式的动力学。能量衰荡测量的基本$5$ ~GHz的声学模式的腔显示出声子寿命的指数增加，在声子带隙屏蔽的周期数，增加到$τ\approx 1.5$ ~秒。这种超长的寿命，对应于几公里的有效声子传播长度，被认为是一致的，从非共振的硅器件表面上的两级系统缺陷的阻尼。这些超相干纳米级机械谐振器的潜在应用范围从量子力学的各种崩溃模型的测试到混合超导量子线路中的微型量子存储元件。
2019-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
