Spin-photon interfaces based on isoelectronic centers in semiconductors

基于半导体等电子中心的自旋光子界面

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-06284
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum networks use photons to transport quantum states and distribute entanglement between processing nodes; they enable distributed computation and secure communications. They are built from physical interfaces converting stationary and photon qubits. Providing the clearest paths to scalability, solid-state spin qubits are actively developed as spin-photon interfaces.My group has successfully pioneered the use of isoelectronic centers (ICs), an optically-addressable semiconductor defect, as spin-photon interfaces. In the last grant cycle, we have made significant contributions to their understanding and demonstrated two strategic advantages that no other system combines: the high optical homogeneity of NV centers and the large dipole moments of epitaxial quantum dots. In addition, we have revealed the existence of light-and heavy-hole trions and demonstrated new and powerful optical control schemes. These accomplishments demonstrate our capacity to independently develop new research directions in this field. In the light of the compelling opportunities offered by ICs, this grant cycle is dedicated to further advancing the research on this spin qubit system. More specifically, I propose to elucidate spin relaxation and decoherence mechanisms and exploit their distinctive characteristics to address two outstanding issues impeding the development of semiconductor-based spin-photon interfaces:Spin coherence times in direct gap semiconductors are short. To address this issue, we take advantage of 1) the dilute nuclear spin environment offered by O and Te ICs in II-VI materials and 2) the extreme localization of the bound spin over a few nuclei. These two aspects can yield a local “nuclear-spin-free” environment where no nuclear spin is located underneath the electron or hole wavefunction, thereby suppressing this dominant decoherence mechanism.Actual schemes for optical initialization, control, and single-shot read-out are mutually incompatible. This important issue facing semiconductor nanostructures is solved by exploiting both light- and heavy-hole states in a single magnetic field configuration: light-hole trions provide the lambda structure for initialization and control and heavy-hole trions provide the cycling transition for read-out.By developing an original approach and by addressing two fundamental limitations, our research program strives for the highest scientific impact in quantum information, a prominent research field that promises to revolutionize information technologies. In the short term, this program enables students to develop outstanding experimental skills in classical and quantum optics, solid-state physics and devices, and precision instrumentation. These skills are highly sought in information and communication industry, which has been the fastest growing sector of the Canadian economy over the last ten years.
量子网络使用照片来运输量子状态和处理节点之间的分布式纠缠;他们启用分布式计算和安全通信。它们是由将固定量和光子量子转换的物理接口构建的。提供可伸缩性的最清晰的途径,固态自旋速度是作为旋转光子接口而积极开发的。在上一个赠款周期中,我们为他们的理解做出了重大贡献,并证明了没有其他系统结合的两个战略优势:NV中心的高光学均匀性和外延量子点的大偶极矩。此外,我们已经揭示了光线和重孔的存在,并展示了新的和强大的光学控制方案。这些成就表明了我们在该领域独立开发新的研究方向的能力。鉴于ICS提供的引人注目的机会,该赠款周期致力于进一步推进有关此旋转量子系统的研究。更具体地说,我建议阐明自旋松弛和破坏机制,并利用其独特的特征,以解决两种出色的问题阻碍了基于半导体的自旋式界面的发展:直接间隙半导体中的自旋相干时间很短。为了解决这个问题,我们利用了1)O和TE IC在II-VI材料中提供的稀释核自旋环境,以及2)在少数核的情况下,绑定旋转的极端定位。这两个方面可以产生局部的“无核旋转”环境,在该环境中没有核自旋位于电子或孔波函数下方,从而抑制了这种主要的反折叠机制。用于光学初始化,控制和单次读取的实性方案是相互不相容的。半导体纳米结构面临的这一重要问题是通过在单个磁场配置中利用轻孔和重孔状态来解决的:轻孔的三位体为初始化和控制和控制型三角体提供了LAMBDA结构,并为读出的循环过渡提供了读出的循环过渡。通过开发原始的方法,并在我们的研究方面进行了两种基本的研究,以实现我们的较高的研究,从而在我们的研究中进行了跨越的范围,从而在我们的研究中进行了跨越的范围。信息技术。在短期内,该计划使学生能够在古典和量子光学,固态物理和设备以及精确仪器方面发展出色的实验技能。这些技能在信息和通信行业中表现出色,这是过去十年来加拿大经济中增长最快的领域。

项目成果

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  • 批准号:
    RGPIN-2017-06284
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 2.62万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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    RGPIN-2017-06284
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    2019
  • 资助金额:
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    $ 2.62万
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  • 批准号:
    RGPIN-2017-06284
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 2.62万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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基于半导体等电子中心的自旋光子界面
  • 批准号:
    RGPIN-2017-06284
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 2.62万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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  • 批准号:
    328262-2012
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 2.62万
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    2016
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    $ 2.62万
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    328262-2012
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    $ 2.62万
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    $ 2.62万
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