論文の概要: Robust All-Optical Single-Shot Readout of NV Centers in Diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.02938v2
• Date: Tue, 8 Dec 2020 08:33:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-17 04:23:12.810443
• Title: Robust All-Optical Single-Shot Readout of NV Centers in Diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中のNV中心のロバスト全光シングルショット読み出し
• Authors: Dominik M. Irber, Francesco Poggiali, Fei Kong, Michael Kieschnick, Tobias L\"uhmann, Damian Kwiatkowski, Jan Meijer, Jiangfeng Du, Fazhan Shi, Friedemann Reinhard
• Abstract要約: 光子コレクションが貧弱である場合でも、単ショットの忠実度を実現する全光スピン読み出し方式を示す。 このスキームは、スピン・ツー・チャージ変換と組み合わせた低温におけるスピン依存励起に基づいている。 我々は,この技術が,NVベースの量子レジスタを検知し,拡張するために必要となる浅層埋込み型NVセンターで機能することを証明する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.9403120410554555
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-fidelity projective readout of a qubit's state in a single experimental repetition is a prerequisite for various quantum protocols of sensing and computing. Achieving single-shot readout is challenging for solid-state qubits. For Nitrogen-Vacancy (NV) centers in diamond, it has been realized using nuclear memories or resonant excitation at cryogenic temperature. All of these existing approaches have stringent experimental demands. In particular, they require a high efficiency of photon collection, such as immersion optics or all-diamond micro-optics. For some of the most relevant applications, such as shallow implanted NV centers in a cryogenic environment, these tools are unavailable. Here we demonstrate an all-optical spin readout scheme that achieves single-shot fidelity even if photon collection is poor (delivering less than 10$^3$ clicks/second). The scheme is based on spin-dependent resonant excitation at cryogenic temperature combined with spin-to-charge conversion, mapping the fragile electron spin states to the stable charge states. We prove this technique to work on shallow implanted NV centers as they are required for sensing and scalable NV-based quantum registers.
• Abstract（参考訳）: 単一実験繰り返しにおける量子ビット状態の高忠実な射影読み出しは、センシングと計算の様々な量子プロトコルの前提条件である。 シングルショットの読み出しは、固体量子ビットでは難しい。 ダイヤモンド中の窒素空洞(NV)中心では、低温での核記憶や共鳴励起を用いて実現されている。 これらの既存のアプローチには、厳格な実験的要求がある。 特に、入射光学やオールダイアモンドマイクロ光学のような高い効率の光子収集を必要とする。 低温環境における浅いNV中心の移植など、最も関連性の高い応用では、これらのツールは利用できない。 ここでは、光子コレクションが貧弱である場合でも(秒間10$^3$クリック以下)、単発の忠実性を実現する全光スピン読み出し方式を示す。 このスキームは、スピン依存共鳴励起とスピン-電荷変換を組み合わせることで、脆弱な電子スピン状態を安定な電荷状態にマッピングする。 この手法は, センシングとスケーラブルなnvベースの量子レジスタを必要とするため, 浅いnvセンタで動作できることを実証する。

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