Farbzentren in Diamanten sind Defekte im Kristallgitter, bei denen Kohlenstoffatome durch verschiedene Arten von Atomen ersetzt werden und benachbarte Gitterplätze leer sind. Aufgrund ihrer hellen Einzelphotonenemission und optisch zugänglichen Spins können Farbzentren vielversprechende Festkörper-Quantenemitter für zukünftige Quanteninformationsverarbeitung und Quantennetzwerke sein.
Zu den ausgereiftesten Systemen, die die Verschränkung von Spin-Qubits und kohärenten Photonen ermöglichen, gehören Quantenpunkte und das Stickstoff-Vakanzzentrum in Diamanten. Allerdings zeigen NVs hervorragende Kohärenzzeiten von über 1s, aber es mangelt an effizienter Emission in die Null-Phononenlinie (ZPL), die für die Erzeugung nicht unterscheidbarer Photonen erforderlich ist. Im Gegensatz dazu zeigen Quantenpunkte vielversprechende Emissionseigenschaften, sind jedoch auf Kohärenzzeiten im Bereich von zehn Nanosekunden beschränkt.
Dies unterstreicht die typischen Herausforderungen bei der Arbeit mit Festkörper-Quantenemittern:
- Einzelphotonenerzeugung
- Kohärenzzeiten des Emitterspins
Aktuelle Untersuchungen zu Gruppe-IV-Vakanzzentren in Diamanten, insbesondere SiV-Zentren, zeigen vielversprechende Ergebnisse bei der Bewältigung dieser Herausforderungen.
Zinnbasierte Vakanzzentren sind aufgrund ihrer starken und stabilen Emission in Nanostrukturen gut für die Integration in nanophotonische Plattformen geeignet, kombiniert mit ihren guten Spin-Eigenschaften. Gruppe-IV-Vakanzzentren in Diamanten weisen aufgrund ihrer kristallographischen Symmetrie ausgezeichnete optische Eigenschaften auf, die eine Emission in die ZPL begünstigen. SiV-Zentren zeigen Kohärenzzeiten von 10 ms bei 100 mK, während vorhergesagt wird, dass SnV ähnliche Zeiten bei 2 K erreichen wird – eine leicht zugängliche Temperatur mit einem Standard-Heliumkryostaten.
Die Arb-Rider AWG-5000-Serie wurde verwendet, um die experimentellen Pulssequenzen zu steuern, die zur Manipulation einzelner Zinnvakanzzentren in Diamanten verwendet werden. Der AWG-5000 ermöglicht die Erzeugung schmaler elektrischer Rechteckimpulse mit hoher Amplitude (>1,5V), um einen elektrooptischen Amplitudenmodulator zu steuern und kurze Laserimpulse zu erzeugen.
Mithilfe dieses Mechanismus ist es möglich, optische Pulse mit einer nahezu gaußförmigen Form zu erzeugen, die eine Halbwertsbreite von bis zu 280 ps aufweisen. Darüber hinaus wurde der AWG-5064 verwendet, um einen elektrooptischen Phasenmodulator anzutreiben und Frequenz-Seitenbänder von etwa 2 GHz zu erzeugen, was das Ansteuern von zwei optischen Übergängen mit phasenstabilen Laserfeldern ermöglicht.
Die digitalen Ausgangskanäle des AWG-5000 ermöglichen die Steuerung akusto-optischer Amplitudenmodulatoren oder dienen zur Erzeugung von Triggerimpulsen zur zeitlichen Abstimmung von experimentellen Sequenzen.
In der Zukunft wird es notwendig sein, die Echtzeitkontrolle der Messprotokolle abhängig von den Ergebnissen eines bestimmten Auslesevorgangs innerhalb der Sequenz durchzuführen.
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