Room-temperature Quantum Nanoplasmonic Coherent Perfect Absorption

in: Nature Communications (2024)
Grimm, Philipp; Huang, Jer-Shing; Hecht, Bert; Lai, Yiming; Clarke, Daniel D. A.; Devi, Asha; Wigger, Daniel; Helbig, Tobias; Hofmann, Tobias; Thomale, Ronny; Hess, Ortwin
Light-matter superposition states obtained via strong coupling play a decisive role in quantum information processing, but the deleterious effects of material dissipation and environment-induced decoherence inevitably destroy coherent light-matter polaritons over time. Here, we propose the use of coherent perfect absorption under near-field driving to prepare and protect the polaritonic states of a single quantum emitter interacting with a plasmonic nanocavity at room temperature. Our scheme of quantum nanoplasmonic coherent perfect absorption leverages an inherent frequency specificity to selectively initialize the coupled system in a chosen plasmon-emitter dressed state, while the coherent, unidirectional and non-perturbing near-field energy transfer from a proximal plasmonic waveguide can in principle render the dressed state robust against dynamic dissipation under ambient conditions. Our study establishes a previously unexplored paradigm for quantum state preparation and coherence preservation in plasmonic cavity quantum electrodynamics, offering compelling prospects for elevating quantum nanophotonic technologies to ambient temperatures.

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