Mappatura dallo spin alla polarizzazione con un ricevitore coerente a cavità con quantum dot

Abstract degli autori

Le interfacce coerenti luce-materia, che modificano in modo controllato lo stato di un fotone quando interagisce con un qubit stazionario, sono una risorsa fondamentale per realizzare gate entangling deterministici nelle tecnologie quantistiche ottiche. Ciò richiede una corrispondenza biunivoca tra lo stato del fotone diffuso e quello del qubit incorporato. Qui presentiamo una prova sperimentale di tale corrispondenza, sfruttando la rotazione di Kerr indotta dallo spin, presente in un dispositivo a cavità micropillar con quantum dot carico a basso rumore. Attraverso misure di polarizzazione risolte nel tempo, proiettiamo lo spin dell’elettrone in uno dei suoi autostati con una fedeltà del $95\pm2\%$ rilevando un singolo fotone riflesso, e seguiamo il successivo rilassamento dello spin rilevando un secondo fotone riflesso. Dimostriamo che, dopo un regime transitorio determinato dal tempo di vita radiativo del trione, è possibile produrre due stati di polarizzazione ortogonali, ciascuno associato a un dato autostato dello spin. Sebbene i risultati attuali siano limitati dalla competizione tra la scala temporale del rilassamento dello spin dell’elettrone e il tempo di vita radiativo del trione, potrebbero essere migliorati usando spin di lacuna, caratterizzati da tempi di rilassamento maggiori. Il nostro lavoro apre la strada a gate logici deterministici che sfruttano questa corrispondenza biunivoca tra uno spin e la polarizzazione di un fotone diffuso.