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远距离光学量子发射器之间的集体超辐射和亚辐射动力学。

Collective super- and subradiant dynamics between distant optical quantum emitters.

机构信息

Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), The Niels Bohr Institute University of Copenhagen, DK-2100 Copenhagen Ø, Denmark.

Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstraß e 150, D-44801 Bochum, Germany.

出版信息

Science. 2023 Jan 27;379(6630):389-393. doi: 10.1126/science.ade9324. Epub 2023 Jan 26.

DOI:10.1126/science.ade9324
PMID:36701463
Abstract

Photon emission is the hallmark of light-matter interaction and the foundation of photonic quantum science, enabling advanced sources for quantum communication and computing. Although single-emitter radiation can be tailored by the photonic environment, the introduction of multiple emitters extends this picture. A fundamental challenge, however, is that the radiative dipole-dipole coupling rapidly decays with spatial separation, typically within a fraction of the optical wavelength. We realize distant dipole-dipole radiative coupling with pairs of solid-state optical quantum emitters embedded in a nanophotonic waveguide. We dynamically probe the collective response and identify both super- and subradiant emission as well as means to control the dynamics by proper excitation techniques. Our work constitutes a foundational step toward multiemitter applications for scalable quantum-information processing.

摘要

光子发射是光与物质相互作用的标志,也是光子量子科学的基础,为量子通信和计算提供了先进的光源。虽然单个发射器的辐射可以通过光子环境进行调整,但多个发射器的引入扩展了这种情况。然而,一个基本的挑战是,辐射偶极子-偶极子耦合随空间分离迅速衰减,通常在光波长的一小部分内。我们通过嵌入纳米光子波导中的一对固态光学量子发射器实现了远程偶极子-偶极子辐射耦合。我们动态地探测集体响应,并确定了超辐射和亚辐射发射,以及通过适当的激发技术控制动力学的方法。我们的工作为多发射器在可扩展量子信息处理中的应用奠定了基础。

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