Manipulation of single electrons and single excitons by surface acoustic waves

通过表面声波操纵单电子和单激子

基本信息

项目摘要

On-demand single particle transfer between distant quantum dots combined with quantum gates based on particle-particle interactions provides a pathway for the realization of scalable quantum systems. It has recently been shown that moving quantum dots created by surface acoustic waves (SAWs) can transfer single electrons as well as exciton ensembles on-demand with very high fidelity between remote locations in a semiconductor quantum well separated by several micrometers. Combined with the recent demonstration of single exciton confinement, these results open exciting possibilities for quantum electron-optics in solid-state systems. This project aims at establishing a common platform for quantum interaction of photonic and electronic excitations based on single electrons and single excitons flying along quantum transport channels provided by moving SAW potentials. The motivation for using flying excitons lies on their easy inter-conversion to photons, thus allowing optical probing and providing a natural interface between electronic and photonic excitation. We will investigate the storage and transport of single excitons by SAWs using techniques similar to the ones developed for single electrons. Furthermore, we will study processes for the interaction between single electrons during motion as well as their application to excitons. The ultimate goal will be the demonstration of particle-particle interactions based on the coherent tunneling between adjacent quantum channels for single flying electrons as well as flying excitons. The latter will provide the necessary ingredients for the future implementation of quantum gates for both electrons and excitons compatible with long-range, photon-based transfer of quantum information.
远距离量子点之间的按需单粒子传输与基于粒子-粒子相互作用的量子门相结合,为实现可扩展的量子系统提供了一条途径。最近有研究表明,由声表面波(SAW)产生的移动量子点可以在相隔几微米的半导体量子阱中的遥远位置之间按需传输单电子和激子系综,并具有非常高的保真度。结合最近的单激子受限演示,这些结果为固体系统中的量子电子光学打开了令人兴奋的可能性。本项目旨在建立一个基于单电子和单激子沿移动声表面波势提供的量子传输通道飞行的光子和电子激发的公共量子相互作用平台。使用飞行激子的动机在于它们很容易相互转换成光子,从而允许光学探测,并在电子和光子激发之间提供一个自然的接口。我们将使用类似于为单电子开发的技术来研究声表面波对单激子的存储和传输。此外,我们还将研究运动过程中单电子之间的相互作用过程以及它们对激子的应用。最终目标将是展示基于单个飞行电子和飞行激子的相邻量子通道之间的相干隧穿的粒子-粒子相互作用。后者将为未来实现电子和激子的量子门提供必要的成分,与基于光子的远程量子信息传输兼容。

项目成果

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Sound-driven single-electron transfer in a circuit of coupled quantum rails
耦合量子轨电路中声音驱动的单电子转移
  • DOI:
    10.1038/s41467-019-12514-w
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    S. Takada;H. Edlbauer;H. V. Lepage;J. Wang;P.-A. Mortemousque;G. Georgiou;C. H. W. Barnes;C. J. B. Ford;M. Yuan;P. V. Santos;X. Waintal;A. Ludwig;A. D. Wieck;M. Urdampilleta;T. Meunier ;C. Bäuerle
  • 通讯作者:
    C. Bäuerle
Generation of surface acoustic waves on doped semiconductor substrates
在掺杂半导体衬底上产生表面声波
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/aa92a5
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Yuan;C. Hubert;S. Rauwerdink;A. Tahraoui;B. van Someren;K. Biermann;P. V. Santos
  • 通讯作者:
    P. V. Santos
Tunneling blockade and single-photon emission in GaAs double quantum wells
GaAs双量子阱中的隧道阻断和单光子发射
  • DOI:
    10.1103/physrevb.98.155311
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    M. Yuan;A. Hernández-Mínguez;K. Biermann;P. V. Santos
  • 通讯作者:
    P. V. Santos
Remotely Pumped GHz Antibunched Emission from Single Exciton Centers in GaAs
GaAs 中单激子中心的远程泵浦 GHz 反聚束发射
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.1c00094
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    M. Yuan;K. Biermann;S. Takada;C. Bäuerle;P. V. Santos
  • 通讯作者:
    P. V. Santos
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知道了