[论文解读] Creation of multiple identical single photon emitters in diamond

Lachlan J. Rogers, Kay D. Jahnke+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2013

Diamond and Carbon-based Materials Research被引用 1

一句话总结

本文展示了通过利用硅空位（SiV−）中心，在低应变体 diamond 中实现多个相同单光子发射体的制备，这些中心表现出高达 91% 的本征光谱重叠和接近变换极限的线宽。该方法无需外部稳定化即可实现可扩展的、高保真度的光子源，推动了量子光学和生物成像应用的发展。

ABSTRACT

Emitters of indistinguishable single photons are crucial for the growing field of quantum technologies. To realize scalability and increase the complexity of quantum optics technologies, multiple independent yet identical single photon emitters are also required. However typical solid-state single photon sources are inherently dissimilar, necessitating the use of electrical feedback or optical cavities to improve spectral overlap between distinct emitters. Here, we demonstrate bright silicon-vacancy (SiV-) centres in low-strain bulk diamond which intrinsically show spectral overlap of up to 91% and near transform-limited excitation linewidths. Our results have impact upon the application of single photon sources for quantum optics and cryptography, and the production of next generation fluorophores for bio-imaging.

研究动机与目标

• 开发一种可扩展的平台，用于实现多个相同单光子发射体，这对量子技术至关重要。
• 克服固态单光子源固有的光谱非均匀性，且不依赖外部反馈或腔体。
• 展示低应变体 diamond 中硅空位中心的本征光谱稳定性与窄线宽。
• 推动量子光学、量子密码学以及下一代生物成像荧光探针的实际应用。

提出的方法

• 利用低应变体 diamond 中的硅空位（SiV−）中心，以最小化光谱非均匀性。
• 采用低应变 diamond 基底，以减少应变引起的光谱漂移并提高发射体均匀性。
• 测量光谱重叠度与激发线宽，以评估发射体的不可区分性与相干性。
• 使用接近变换极限的激发线宽作为高质量单光子发射的度量标准。

实验结果

研究问题

• RQ1 低应变体 diamond 中的硅空位中心是否能在无需外部光谱调谐的情况下实现高光谱重叠？
• RQ2 低应变 diamond 中 SiV− 中心的本征特性在多大程度上可实现接近变换极限的线宽？
• RQ3 能否通过该方法以可扩展且稳定的方式实现多个相同单光子发射体？
• RQ4 SiV− 中心的光谱重叠度与其它固态发射体相比，在不可区分性方面表现如何？

主要发现

• 低应变体 diamond 中的硅空位（SiV−）中心表现出高达 91% 的本征光谱重叠，表明其具有高度不可区分性。
• 发射体表现出接近变换极限的激发线宽，证实了其高光谱纯度与相干性。
• 无需外部反馈或光学腔体即可实现高光谱重叠，表明该方法具备可扩展集成的潜力。
• 结果表明其在量子光学与量子密码学中具有强大应用前景，得益于高光子不可区分性。
• 研究结果支持开发下一代生物成像荧光探针，具备更优的光谱稳定性和亮度。