Cavity QED of electron spins in diamond
金刚石中电子自旋的腔 QED
基本信息
- 批准号:1604167
- 负责人:
- 金额:$ 35万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-08-01 至 2020-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Non-Technical AbstractIn a quantum communication network, information is carried by light pulses containing single photons and is processed by individual quantum systems or quantum bits, such as single atoms or single electron spins. This new information processing paradigm can enable secure or unbreakable communication and can tackle computational problems that would otherwise be impossible with conventional computers. A key requirement for developing this new paradigm is the control of interactions between light and quantum systems at the level of single photons and single quantum bits. This experimental project uses individual electron spins in a thin diamond membrane as quantum bits. Strong interactions between single photons and single spins are enabled by confining the photons in an optical micro-resonator with a dimension less than 50 micrometers. The primary goal is to use a single electron spin to control the quantum state of a single photon, thus realizing an optical switch that can operate at the level of single photons. These switches can serve as an important component in a quantum network. This research project also provides excellent training opportunities for graduate and undergraduate students in areas including nanophotonics and nanofabrication as well as quantum science and technology. This training prepares the students for careers in academia, industry, or government.Technical AbstractThis project develops a unique composite cavity QED system, in which an electron spin in a thin diamond membrane couples to the evanescent field of an optical whispering gallery mode in a silica microresonator via a resonant Raman transition. Fundamental optical interactions at the level of single electron spins and single photons are explored in a solid state environment. The research activity focuses on the experimental demonstration of the Duan-Kimbe scheme, which realizes a pi-phase shift for a single photon, conditioned on the quantum state of an atom. This cavity QED process takes place in the limit that cooperativity, a dimensionless parameter characterizing the strength of atom-photon or spin-photon coupling, exceeds 1, but does not require strong coupling at the single-photon level. The near term objective is to achieve single-spin-induced optical transparency and to realize a photonic switch that can control the quantum state of a single photon through its interaction with a single electron spin. These switches can enable the generation and distribution of quantum entanglement in a quantum network, potentially playing a significant role in the development of quantum information technologies.
非技术抽象素A量子通信网络,信息由包含单个光子的光脉冲传递,并通过单个量子系统或量子位(例如单个原子或单电子旋转)处理。 这种新的信息处理范式可以实现安全或坚不可摧的通信,并且可以解决传统计算机否则不可能的计算问题。 开发这种新范式的关键要求是控制单光子和单量子位级别的光和量子系统之间的相互作用。 该实验项目将单个电子旋转在薄钻石膜上用作量子位。单光子和单旋转之间的强相互作用是通过将光子限制在光学微谐振器中的尺寸小于50微米的光子中来实现的。 主要目标是使用单个电子旋转来控制单个光子的量子状态,从而实现可以在单个光子级别工作的光学开关。 这些开关可以用作量子网络中的重要组成部分。 该研究项目还为研究生和本科生提供了极好的培训机会,包括纳米光学和纳米制作以及量子科学技术。 这项培训为学生提供了学术界,工业或政府职业的准备。技术摘要该项目开发了一个独特的复合腔QED系统,在该系统中,薄钻石膜中的电子旋转通过唱片微孔仪在硅胶库中的evanevanecent膜上通过唱片微孔仪的evanevanecent,这是通过共鸣的Raman Raman过渡。 在固态环境中探索了单电子旋转和单光子水平的基本光学相互作用。 研究活动的重点是Duan-Kimbe方案的实验证明,该实验实现了单个光子的PI阶段转移,以原子的量子状态为条件。 该空腔QED过程发生在一个限制的极限下,这是一个表征原子 - 光子或自旋光子耦合强度的无量纲参数,超过1,但不需要在单光子水平上进行强耦合。近期目标是实现单旋转诱导的光学透明度,并实现可以通过与单个电子自旋的相互作用来控制单个光子的量子状态的光子开关。 这些开关可以使量子网络中量子纠缠的生成和分布在量子信息技术的开发中起重要作用。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:3.2
- 作者:Lekavicius, Ignas;Oo, Thein;Wang, Hailin
- 通讯作者:Wang, Hailin
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志賀市子
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