Controle Coerente dos Spins de Pontos Quânticos com Transições Ópticas Cíclicas

Os spins de estado sólido são promissores como interfaces de qubits estacionários para fótons únicos em tecnologias de comunicação quântica. Os pontos quânticos semicondutores têm excelente coerência óptica, exibem eficiências de coleta quase unitárias quando acoplados a estruturas fotônicas e possuem spins de longa duração para memória quântica. No entanto, a incompatibilidade de realizar o controle óptico de spins e a leitura de um único disparo simultaneamente tem sido um desafio enfrentado por quase todos os emissores de estado sólido. Para superar isso, aproveitamos a mistura de buracos leves para realizar um sistema lambda altamente assimétrico em um exciton de buraco pesado carregado negativamente na configuração de Faraday. Ao compensar os deslocamentos de Stark diferenciais em escala de GHz, induzidos pelo acoplamento desigual aos campos de controle Raman, e ao realizar o resfriamento de spins nucleares, alcançamos controle quântico de um qubit de spin de elétron com um contraste de pulso π de 97,4% enquanto preservamos transições ópticas seletivas de spin com uma ciclicidade de 471 (50). Demonstramos este esquema para pontos quânticos de GaAs e InGaAs e mostramos que é compatível com a operação de uma memória quântica nuclear. Nossa abordagem, portanto, permite a emissão repetida de fótons indistinguíveis juntamente com o controle de qubits, conforme exigido para leitura de um único disparo, geração de estados em cluster fotônicos e tecnologias de repetidores quânticos.