La detección eficiente de centros ópticos individuales es crucial para aplicaciones en computación cuántica, detección y generación de fotón único. Por ejemplo, los centros de nitrógeno vacante (NV) en diamantes han logrado avances en la medición de campos magnéticos de alta precisión. La detección de centros NV se basa en la observación de su fluorescencia correlacionada con el espín.
De manera similar, los centros ópticos en carburo de silicio y los iones de tierras raras en sólidos también tienen mecanismos de detección similares. Sin embargo, la lectura de estos sistemas requiere recolectar una cantidad suficiente de fotones como señales de detección, lo que limita la fidelidad de la lectura del estado de espín. Por el contrario, los métodos de lectura eléctrica comúnmente utilizados en dispositivos electrónicos cuánticos proporcionan una mayor fidelidad de lectura en intervalos de tiempo más cortos.
Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Chunming Yin de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha logrado recientemente avances en el campo de la tecnología cuántica basada en silicio al demostrar una rápida detección de fotoionización de un único Er 3+ . Iones en un nanotransistor de silicio. Los resultados han sido publicados en la revista National Science Review. y el primer autor de este artículo es el Dr. Yangbo Zhang.
El profesor Chunming Yin y sus colaboradores lograron por primera vez la detección de fotoionización de un solo Er 3+ iones en transistores de un solo electrón basados en silicio en 2013. Sin embargo, la velocidad de lectura de los eventos de fotoionización estuvo significativamente limitada por el ancho de banda de las mediciones de corriente CC.
En este último trabajo, emplearon reflectometría de radiofrecuencia y lograron con éxito una detección rápida de fotoionización de un único Er 3+ . iones en transistores de un solo electrón basados en silicio, y cada evento de ionización se puede detectar con una resolución temporal mejor que 100 nanosegundos. Basándose en esta técnica, también investigaron la vida útil del estado óptico excitado de un solo Er 3+ . iones en nanodispositivos basados en silicio.
El uso de la técnica de detección de reflectometría por radiofrecuencia en centros ópticos individuales ofrece nuevas posibilidades para sistemas cuánticos ópticos escalables. Además, este método es prometedor para lograr una lectura rápida de otros centros ópticos individuales en sólidos, avanzando así en las aplicaciones de centros ópticos individuales en sistemas cuánticos escalables y sensores de alta precisión.
Más información: Yangbo Zhang et al, Detección de fotoionización de un único ion Er3+ con resolución temporal inferior a 100 ns, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad134
Proporcionado por Science China Press
