光学：アルカリ原子とインターフェースをとった分子光子
Nature 509, 7498 doi: 10.1038/nature13191
将来の量子通信は、単一光子源、量子メモリー、強い単一光子非線形性を持つ系の一体化に依存するであろう。この単一光子源では、2つの主要なパラメーターが重要となる。すなわち、非常に小さい帯域幅を持つ高い光子束と、この系の他の構成要素とのスペクトル整合である。原子やイオンは、狭帯域で発光し、他の原子系とスペクトルが本質的に整合するため、単一光子源となる可能性があり、量子非線形素子として機能し得る。残念なことに、それらの発光率は、高効率の共振器構造でも依然として限界がある。単一有機色素分子などの単一固体発光体は著しく輝度が高く、狭帯域の光子が可能となる。これらはさまざまな量子光学実験において可能性を示してきたが、静止したメモリーキュービットなどの他の構成要素とまだインターフェースがとられていない。本論文では、単一有機分子からのフーリエ限界光子と原子状アルカリ蒸気の光学相互作用について報告し、効率の高い量子メモリーを構成できることを示す。単一光子放出率は毎秒最高数十万カウントに達し、また帯域幅1 MHz当たり毎秒30,000個の検出可能な光子という高いスペクトル輝度を示した。この分子発光はロバストであり、周囲条件の発光体においても、ナトリウムD線のスペクトル遷移へ完全に調整でき、効率の高いフィルタリングを行えることが実証されている。さらに、原子ナトリウム蒸気中で、単一ジベンゾアンタントレン分子から生じた分子光子の蓄積を達成した。原子遷移と整合する分子輝線が多いことを考えると、我々の結果から、ほぼ理想的な単一光子源とさまざまな原子蒸気の組み合わせが可能となり、リュードベリ原子などが媒介する巨大単一光子非線形性による実験が実行できるようになる。
