用于量子光学网络的金刚石SiV集成纳米光子学器件平台

光子与量子发射体间有效的耦合是量子科学研究与应用的中心问题。由于单个光子体与量子发射体间的相互作用极弱，实现有效的耦合面临很多挑战。虽然在通过空腔与波导量子电动力学进行微波与光场的调控方面的研究已经取得了重要进展，但对多个量子比特进行光子耦合的集成器件的研究仍具有很大的挑战。通常，尤其是在纳米结构中，固态发射体的光传播具有显著的各项异性，极快的退相干时间以及较大的光谱扩散。

鉴此，哈佛大学的Sipahigil与合作者，发明了一种基于SiV色心的金刚石的纳米光子学平台加工方法。这一方法中，首先通过光刻掩模与干法刻蚀形成自支撑金刚石纳米结构，然后通过聚焦离子束在每个金刚石光学腔体结构中逐一进行Si注入，热退火处理后形成有效的Si空位色心。作者还通过有效的控制SiV的亚稳态，观测到了单光子级的光开关效应；并通过拉曼测试，观测到了体系中的量子干涉效应。相关工作发表在Science, 2016, 354 847上。

图1：金刚石空腔中SiV 色心的精确定位加工。

图2：金刚石空腔中SiV 色心的单光子开关特性。