[论文解读] Electrically-Pumped Wavelength-Tunable GaAs Quantum Dots Interfaced with Rubidium Atoms

Huiying Huang, Rinaldo Trotta+10 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2016

Quantum optics and atomic interactions参考文献 34被引用 3

一句话总结

该论文首次展示了基于GaAs量子点的电泵浦、波长可调谐LED，其发射光子与⁸⁷Rb原子的D2跃迁共振。通过将量子点LED与压电促动器集成，并耦合至75 mm长的Rb原子汽室，系统实现了最高达3.4 ns的时间延迟，从而实现慢光效应，并推动了用于量子网络的混合量子系统发展。

ABSTRACT

We demonstrate the first wavelength-tunable electrically-pumped source of non-classical light that can emit photons with wavelength in resonance with the D2 transitions of 87Rb atoms. The device is fabricated by integrating a novel GaAs single-quantum-dot light-emitting-diode (LED) onto a piezoelectric actuator. By feeding the emitted photons into a 75-mm-long cell containing warm 87Rb atom vapor, we observe slow-light with a temporal delay of up to 3.4 ns. In view of the possibility of using 87Rb atomic vapors as quantum memories, this work makes an important step towards the realization of hybrid-quantum systems for future quantum networks.

研究动机与目标

• 开发一种与原子量子系统兼容的可调谐、电泵浦非经典光源。
• 实现半导体量子点与Rb原子汽体之间的共振耦合，用于量子接口应用。
• 通过混合系统中的光子-原子相互作用，演示慢光效应。
• 推进固态量子发射器与原子量子存储器的集成，以实现可扩展的量子网络。

提出的方法

• 通过应变工程实现发射波长可调谐的GaAs单量子点发光二极管（LED）的制备。
• 将LED单片集成于压电促动器上，通过机械应变实现动态波长调谐。
• 将量子点的电致发光耦合进入含有热⁸⁷Rb原子汽体的75 mm长腔室。
• 系统在配置中使发射光子与⁸⁷Rb D2跃迁（790 nm）共振，从而实现强光-物质相互作用。
• 通过互相关技术测量光子延迟，以观测慢光效应。
• 该器件在电注入条件下运行，实现了可调谐量子光源的实用化、片上集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否实现电泵浦的GaAs量子点LED，使其发射光子与⁸⁷Rb D2跃迁共振？
• RQ2 当该光源与Rb原子汽体耦合时，能否观测到可测量的慢光效应？
• RQ3 在固态量子发射器中实现动态波长调谐以与原子系统实现共振耦合是否可行？
• RQ4 该混合系统能否作为可扩展量子网络中集成量子存储器的构建模块？

主要发现

• 成功通过电调谐使GaAs量子点LED发射波长为790 nm，与⁸⁷Rb D2跃迁匹配。
• 当光子通过Rb原子汽体腔室传播时，观测到最高达3.4 ns的时间延迟，证实了慢光效应。
• 系统实现了电驱动量子点与原子汽体之间的共振耦合，从而实现强光-物质相互作用。
• LED与压电促动器的集成实现了动态波长调谐，这对实际量子接口应用至关重要。
• 该器件在电注入条件下运行，标志着向片上可扩展量子光子系统迈出了关键一步。