Control y lectura de un solo disparo de un ion incrustado en una cavidad nanofotónica

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Física del estado sólido
• La nanofotónica

Sus antecedentes:

• Las redes cuánticas requieren interfaces ligeras escalables para la distribución de entrelazamiento.
• Los emisores de estado sólido como los puntos cuánticos se enfrentan a desafíos de escala.
• Los iones de tierras raras ofrecen transiciones ópticas y de espín coherentes, pero necesitan integrarse en plataformas escalables.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar una plataforma de estado sólido escalable para redes cuánticas utilizando iones de tierras raras individuales.
• Para lograr una larga coherencia de espín y una lectura de alta fidelidad de un solo disparo en una cavidad nanofotónica.

Principales métodos:

• Acoplamiento de iones individuales de iterbio-171 (171Yb3+) a una cavidad nanofotónica en el ortovanadato de itrio.
• Utilizando transiciones ópticas y de espín que son insensibles a las fluctuaciones del campo magnético.
• Realización de inicialización de espín, manipulación coherente y lectura óptica de un solo disparo.

Principales resultados:

• Se han logrado anchos de línea óptica inferiores a un megahertz y tiempos de coherencia de espín superiores a treinta milisegundos para iones 171Yb3+ acoplados a cavidad.
• Se ha demostrado la eficacia de la inicialización de giro y la lectura de un solo disparo con una fidelidad condicional superior al 95%.
• Mostró el potencial de transiciones ópticas y de espín insensibles de primer orden en un sistema de estado sólido.

Conclusiones:

• Los iones de tierras raras individuales acoplados a cavidades nanofotónicas representan una plataforma de estado sólido prometedora para redes cuánticas.
• La coherencia y la fidelidad de lectura demostradas cumplen los requisitos clave para las aplicaciones de Internet cuántica.
• Este trabajo allana el camino para las tecnologías escalables de comunicación y computación cuántica.