用于高效高速量子网络节点的光纤腔-离子阱耦合系统的设计

本文的主要目的是设计新型的离子阱与光纤腔的耦合系统,此方案是通过制造一个在侧面和端面具有金属层的光纤腔实现。带有金属层的光纤腔可以传输光和电荷,同时,光纤端面的金属层可以屏蔽介质高反膜上的电荷。此系统旨在捕获单个^(138)Ba^(+)离子,并实现光纤腔与^(138)Ba^(+)离子493 nm荧光的耦合。为了有效地收集荧光光子,我们对整个系统进行理论分析,以实现各个部分的最佳耦合。光纤的腔长被设计为250μm,优化后的耦合参数为(g,κ,γ)/2π=(55,105,20)MHz。我们还通过分析振动、离子阱性能和热稳定性来提高系统的稳定性和可靠性。系统的核心部分是由热膨胀系数相近的材料构成,以提高热稳定性。系统还使用弹簧连接真空腔体,用于隔绝腔体内外的振动。我们从理论上分析制造该耦合系统的难点,并实验验证了部分关键技术。整个系统有望被扩展成一个复杂的量子网络,以实现量子计算和量子通信。