La détection efficace des centres optiques uniques est cruciale pour les applications en informatique quantique, en détection et en génération de photons uniques. Par exemple, les centres de lacune d’azote (NV) dans le diamant ont réalisé des percées dans la mesure de haute précision du champ magnétique. La détection des centres NV repose sur l'observation de leur fluorescence corrélée au spin.
De même, les centres optiques du carbure de silicium et des ions de terres rares dans les solides disposent également de mécanismes de détection similaires. Cependant, la lecture de ces systèmes nécessite de collecter un nombre suffisant de photons comme signaux de détection, ce qui limite la fidélité de la lecture de l'état de spin. En revanche, les méthodes de lecture électrique couramment utilisées dans les appareils électroniques quantiques offrent une fidélité de lecture plus élevée dans des intervalles de temps plus courts.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Chunming Yin de l'Université des sciences et technologies de Chine a récemment réalisé des progrès dans le domaine de la technologie quantique à base de silicium en démontrant une détection rapide par photoionisation d'un seul Er 3+ . ions dans un nano-transistor de silicium. Les résultats ont été publiés dans la revue National Science Review et le premier auteur de cet article est le Dr Yangbo Zhang.
Le professeur Chunming Yin et ses collaborateurs ont été les premiers à détecter par photoionisation un seul Er 3+ ions dans les transistors à électron unique à base de silicium en 2013. Cependant, la vitesse de lecture des événements de photoionisation était considérablement limitée par la bande passante des mesures de courant continu.
Dans ce dernier travail, ils ont utilisé la réflectométrie radiofréquence et ont réussi à réaliser une détection rapide par photoionisation d'un seul Er 3+ ions dans des transistors à électron unique à base de silicium, et chaque événement d'ionisation peut être détecté avec une résolution temporelle meilleure que 100 nanosecondes. Sur la base de cette technique, ils ont également étudié la durée de vie de l'état excité optique d'un seul Er 3+ ions dans des nanodispositifs à base de silicium.
L’utilisation de la technique de détection par réflectométrie radiofréquence sur des centres optiques uniques offre de nouvelles possibilités pour les systèmes quantiques optiques évolutifs. De plus, cette méthode est prometteuse pour réaliser une lecture rapide d'autres centres optiques uniques dans les solides, faisant ainsi progresser les applications de centres optiques uniques dans les systèmes quantiques évolutifs et la détection de haute précision.
Plus d'informations : Yangbo Zhang et al, Détection par photoionisation d'un seul ion Er3+ avec une résolution temporelle inférieure à 100 ns, National Science Review (2023). DOI : 10.1093/nsr/nwad134
Fourni par Science China Press
