論文の概要: Coherence and entanglement of inherently long-lived spin pairs in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.07961v1
• Date: Sun, 14 Mar 2021 16:05:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-08 04:28:02.123522
• Title: Coherence and entanglement of inherently long-lived spin pairs in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の自然寿命スピン対のコヒーレンスと絡み合い
• Authors: H. P. Bartling, M. H. Abobeih, B. Pingault, M. J. Degen, S. J. H. Loenen, C. E. Bradley, J. Randall, M. Markham, D. J. Twitchen, and T. H. Taminiau
• Abstract要約: 固体中の同一の核スピンの対が本質的に長寿命の量子系を形成することを示す。 我々は,その近傍に1つのNV中心を用いた量子状態の高忠実度測定を実現する。 これらの長寿命量子ビットはダイヤモンドやその他の固体に豊富に存在するため、量子センシング、量子情報処理、量子ネットワークの新しい機会を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Understanding and protecting the coherence of individual quantum systems is a central challenge in quantum science and technology. Over the last decades, a rich variety of methods to extend coherence have been developed. A complementary approach is to look for naturally occurring systems that are inherently protected against decoherence. Here, we show that pairs of identical nuclear spins in solids form intrinsically long-lived quantum systems. We study three carbon-13 pairs in diamond and realize high-fidelity measurements of their quantum states using a single NV center in their vicinity. We then reveal that the spin pairs are robust to external perturbations due to a unique combination of three phenomena: a clock transition, a decoherence-free subspace, and a variant on motional narrowing. The resulting inhomogeneous dephasing time is $T_2^* = 1.9(3)$ minutes, the longest reported for individually controlled qubits. Finally, we develop complete control and realize an entangled state between two spin-pair qubits through projective parity measurements. These long-lived qubits are abundantly present in diamond and other solids, and provide new opportunities for quantum sensing, quantum information processing, and quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 個々の量子システムの一貫性を理解し保護することは、量子科学とテクノロジーにおける中心的な課題である。 過去数十年にわたり、コヒーレンスを拡張するための様々な方法が開発されてきた。 補完的なアプローチは、本質的にデコヒーレンスから保護される自然に存在するシステムを探すことである。 ここでは、固体中の同一核スピンの対が本質的に長寿命の量子系を形成することを示す。 ダイヤモンド中の炭素13対を3つ研究し、その近傍の単一のNV中心を用いて量子状態の高忠実度測定を実現する。 次に、スピン対は、時計遷移、非コヒーレンスな部分空間、運動的狭小化の変種という3つの現象のユニークな組み合わせにより、外部摂動に対して堅牢であることを明らかにする。 結果として生じる不均質な強調時間は$t_2^* = 1.9(3)$ minutesであり、個別に制御された量子ビットでは最長である。 最後に、完全な制御を開発し、射影パリティ測定により2つのスピンペア量子ビット間の絡み合い状態を実現する。 これらの長寿命量子ビットはダイヤモンドやその他の固体に多く存在し、量子センシング、量子情報処理、量子ネットワークの新たな機会を提供する。

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