論文の概要: High-fidelity single-shot readout of single electron spin in diamond with spin-to-charge conversion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.14172v1
• Date: Tue, 29 Sep 2020 17:36:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-30 16:22:17.631759
• Title: High-fidelity single-shot readout of single electron spin in diamond with spin-to-charge conversion
• Title（参考訳）: スピン対電荷変換によるダイヤモンド中の単一電子スピンの高忠実性単発読み出し
• Authors: Qi Zhang, Yuhang Guo, Wentao Ji, Mengqi Wang, Jun Yin, Fei Kong, Yiheng Lin, Chunming Yin, Fazhan Shi, Ya Wang, Jiangfeng Du
• Abstract要約: 量子ビットの高忠実度シングルショット読み出しは、フォールトトレラント量子コンピューティングとスケーラブル量子ネットワークにとって重要なコンポーネントである。 本稿では、スピンフリップ誤差を抑制するために、近赤外(NIR)光を利用したスピン間変換法を提案する。 我々は、NV中心電子スピンの単一ショット読み出しに対して、高ひずみおよび高速スピンフリップ過程の存在下で、全体的なフィデリティ$>95%を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.95428886889441
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High fidelity single-shot readout of qubits is a crucial component for fault-tolerant quantum computing and scalable quantum networks. In recent years, the nitrogen-vacancy (NV) center in diamond has risen as a leading platform for the above applications. The current single-shot readout of the NV electron spin relies on resonance fluorescence method at cryogenic temperature. However, the the spin-flip process interrupts the optical cycling transition, therefore, limits the readout fidelity. Here, we introduce a spin-to-charge conversion method assisted by near-infrared (NIR) light to suppress the spin-flip error. This method leverages high spin-selectivity of cryogenic resonance excitation and high flexibility of photonionization. We achieve an overall fidelity $>$ 95% for the single-shot readout of an NV center electron spin in the presence of high strain and fast spin-flip process. With further improvements, this technique has the potential to achieve spin readout fidelity exceeding the fault-tolerant threshold, and may also find applications on integrated optoelectronic devices.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットの高忠実度シングルショット読み出しは、フォールトトレラント量子コンピューティングとスケーラブル量子ネットワークにとって重要なコンポーネントである。 近年, ダイヤモンド中の窒素空洞 (NV) 中心は, 上述の応用の先駆的基盤となっている。 現在のNV電子スピンの単発読み出しは、低温での共鳴蛍光法に依存している。 しかし、スピンフリップ過程は光サイクリング遷移を中断するため、読み出し忠実性が制限される。 本稿では、スピンフリップ誤差を抑制するために、近赤外(NIR)光を利用したスピン間変換法を提案する。 この方法は、低温共鳴励起の高スピン選択性と光イオン化の高柔軟性を利用する。 我々は、NV中心電子スピンの単一ショット読み出しに対して、高ひずみおよび高速スピンフリップ過程の存在下で、全体的なフィデリティ$>95%を達成する。 さらなる改善により、この技術はフォールトトレラントしきい値を超えるスピン読み出し忠実性を達成できる可能性があり、統合光電子デバイスで応用できる可能性がある。

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