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半导体量子点与捕获离子的直接光子耦合

Direct photonic coupling of a semiconductor quantum dot and a trapped ion.

作者信息

Meyer H M, Stockill R, Steiner M, Le Gall C, Matthiesen C, Clarke E, Ludwig A, Reichel J, Atatüre M, Köhl M

机构信息

Cavendish Laboratory, University of Cambridge, JJ Thomson Avenue, Cambridge CB3 0HE, United Kingdom.

Physikalisches Institut, University of Bonn, Wegelerstrasse 8, 53115 Bonn, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2015 Mar 27;114(12):123001. doi: 10.1103/PhysRevLett.114.123001. Epub 2015 Mar 23.

DOI:10.1103/PhysRevLett.114.123001
PMID:25860737
Abstract

Coupling individual quantum systems lies at the heart of building scalable quantum networks. Here, we report the first direct photonic coupling between a semiconductor quantum dot and a trapped ion and we demonstrate that single photons generated by a quantum dot controllably change the internal state of a Yb^{+} ion. We ameliorate the effect of the 60-fold mismatch of the radiative linewidths with coherent photon generation and a high-finesse fiber-based optical cavity enhancing the coupling between the single photon and the ion. The transfer of information presented here via the classical correlations between the σ_{z} projection of the quantum-dot spin and the internal state of the ion provides a promising step towards quantum-state transfer in a hybrid photonic network.

摘要

耦合单个量子系统是构建可扩展量子网络的核心。在此,我们报告了半导体量子点与捕获离子之间的首次直接光子耦合,并证明量子点产生的单光子可控地改变了Yb⁺离子的内部状态。我们通过相干光子产生和基于高精细度光纤的光学腔改善了辐射线宽60倍失配的影响,增强了单光子与离子之间的耦合。这里通过量子点自旋的σz投影与离子内部状态之间的经典关联呈现的信息传递,为混合光子网络中的量子态转移迈出了充满希望的一步。

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