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单量子发射体的系综诱导强光-物质耦合

Ensemble-Induced Strong Light-Matter Coupling of a Single Quantum Emitter.

作者信息

Schütz S, Schachenmayer J, Hagenmüller D, Brennen G K, Volz T, Sandoghdar V, Ebbesen T W, Genes C, Pupillo G

机构信息

ISIS (UMR 7006) and icFRC, University of Strasbourg and CNRS, 67000 Strasbourg, France.

ISIS (UMR 7006) and IPCMS (UMR 7504), University of Strasbourg and CNRS, 67000 Strasbourg, France.

出版信息

Phys Rev Lett. 2020 Mar 20;124(11):113602. doi: 10.1103/PhysRevLett.124.113602.

DOI:10.1103/PhysRevLett.124.113602
PMID:32242709
Abstract

We discuss a technique to strongly couple a single target quantum emitter to a cavity mode, which is enabled by virtual excitations of a nearby mesoscopic ensemble of emitters. A collective coupling of the latter to both the cavity and the target emitter induces strong photon nonlinearities in addition to polariton formation, in contrast to common schemes for ensemble strong coupling. We demonstrate that strong coupling at the level of a single emitter can be engineered via coherent and dissipative dipolar interactions with the ensemble, and provide realistic parameters for a possible implementation with SiV^{-} defects in diamond. Our scheme can find applications, amongst others, in quantum information processing or in the field of cavity-assisted quantum chemistry.

摘要

我们讨论了一种将单个目标量子发射器与腔模强耦合的技术,该技术由附近介观发射器系综的虚拟激发实现。与系综强耦合的常见方案不同,后者与腔和目标发射器的集体耦合除了形成极化激元外,还会诱导强烈的光子非线性。我们证明,可以通过与系综的相干和耗散偶极相互作用来设计单个发射器水平的强耦合,并为在金刚石中使用SiV⁻缺陷进行可能的实现提供了实际参数。我们的方案尤其可应用于量子信息处理或腔辅助量子化学领域。

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