拓扑结构单壁碳纳米管等离激元微环中氮空位中心与手性光子间的量子纠缠

该研究团队提出了一种基于单个氮空位(NV)中心与拓扑单壁碳纳米管(SWCNT)等离激元微环耦合的混合固态量子节点的理论方案。这种碳纳米管环结构可支持深亚波长的回音壁式等离激元模式,其特性可用Tomonaga-Luttinger液体理论框架自然描述。得益于闭合环拓扑结构,该腔体光谱包含可通过Aharonov-Bohm效应由外部磁通量调控的零模区域。研究证明,这种强局域化的碳纳米管近场可实现手性自旋-动量锁定,使得NV中心的两个圆偏振跃迁分别选择性耦合于顺时针与逆时针腔模,而有害的线性偏振π跃迁则因局域Purcell增强的显著各向异性被强烈抑制。基于三脚架受激拉曼绝热通道(STIRAP)方案,该系统原则上可将NV自旋态确定性地映射为自旋-光子纠缠态,随后以可调谐飞行量子比特形式发射至侧向耦合的锥形光纤中。研究人员推导了腔体光谱、手性选择定则、等效三脚架哈密顿量以及开放系统主方程。定量分析表明,在低温条件和过耦合状态下,理论上可实现高保真度自旋-光子纠缠及发射光子频率的原位磁调控。该工作还探讨了碳纳米管谐振器的实际制备路径,以及将单个NV中心确定性地定位于碳纳米管近场中的实施策略。

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提交arXiv: 2026-03-31 05:50

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