パーセルが強化し、見分けがつかない単一光子の生成は、オンチップ統合リング共鳴器に結合された量子ドットからの生成

統合されたフォトニック回路は、高度な量子光学アプリケーションの機能の汎用性の高いツールボックスを提供します。ここでは、堅牢なオンチップ積分レソネーターに結合された量子ドットに基づいて、パーセル強化シングルフォトンソースの形でそのようなシステムの重要なコンポーネントを示します。そのために、分布したブラッグリフレクターリッジ波動管に基づいてGAASモノリシックリングキャビティを開発します。共振励起条件下では、パーセル効果を使用して2倍以上の自然発光率の向上を観察し、rabi発振を介してQD-Two-levelシステムの完全なコヒーレント光学制御を獲得します。さらに、マルチホトン排出確率が1％という低さと最大95％の2光子干渉を強く抑制したオンデマンドのシングルフォトン生成を示します。この統合された単一光子ソースは容易にスケーリングでき、スケーラブルなオンチップリニア光学量子シミュレーション、量子計算、および量子ネットワークの現実的な経路を約束します。

Integrated photonic circuits provide a versatile toolbox of functionalities for advanced quantum optics applications. Here, we demonstrate an essential component of such a system in the form of a Purcell-enhanced single-photon source based on a quantum dot coupled to a robust on-chip integrated resonator. For that, we develop GaAs monolithic ring cavities based on distributed Bragg reflector ridge waveguides. Under resonant excitation conditions, we observe an over 2-fold spontaneous emission rate enhancement using Purcell effect and gain a full coherent optical control of a QD-two-level system via Rabi oscillations. Furthermore, we demonstrate an on-demand single-photon generation with strongly suppressed multiphoton emission probability as low as 1% and two-photon interference with visibility up to 95%. This integrated single-photon source can be readily scaled up, promising a realistic pathway for scalable on-chip linear optical quantum simulation, quantum computation, and quantum networks.