論文の概要: Anisotropic electron-nuclear interactions in a rotating quantum spin bath

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.07365v1
• Date: Sun, 16 May 2021 06:15:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-31 00:06:11.547328
• Title: Anisotropic electron-nuclear interactions in a rotating quantum spin bath
• Title（参考訳）: 回転量子スピン浴における異方性電子核相互作用
• Authors: Alexander A. Wood, Russell M. Goldblatt, Russell P. Anderson, Lloyd C. L. Hollenberg, Robert E. Scholten, Andy M. Martin
• Abstract要約: スピンバス相互作用は強い異方性を持ち、高速な物理的回転は長い間、固体核磁気共鳴に用いられてきた。 窒素空孔中心の電子スピンと13ドルCの核スピンとの相互作用がシステムにデコヒーレンスをもたらすことを示す。 我々の発見は、量子制御における物理回転の利用に関する新たな知見を提供し、固定されていない運動度と回転度を持つ量子系に意味を持つ。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.41644538483948
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The interaction between a central qubit spin and a surrounding bath of spins is critical to spin-based solid state quantum sensing and quantum information processing. Spin-bath interactions are typically strongly anisotropic, and rapid physical rotation has long been used in solid-state nuclear magnetic resonance to simulate motional averaging of anisotropic interactions, such as dipolar coupling between nuclear spins. Here, we show that the interaction between electron spins of nitrogen-vacancy centers and a bath of $^{13}$C nuclear spins in a diamond rotated at up to 300,000rpm introduces decoherence into the system via frequency-modulation of the nuclear spin Larmor precession. The presence of an off-axis magnetic field necessary for averaging of the dipolar coupling leads to a rotational dependence of the electron-nuclear hyperfine interaction, which cannot be averaged out with experimentally achievable rotation speeds. Our findings offer new insights into the use of physical rotation for quantum control with implications for quantum systems having motional and rotational degrees of freedom that are not fixed.
• Abstract（参考訳）: 中心量子ビットスピンと周囲のスピン浴との相互作用は、スピンベースの固体量子センシングと量子情報処理にとって重要である。 スピン-バス相互作用は典型的には強い異方性であり、高速な物理的回転は核スピン間の双極子結合のような異方性相互作用の運動平均化をシミュレートするために長い間固体核磁気共鳴において用いられてきた。 ここでは, 最大300,000rpmで回転するダイヤモンド中の窒素空洞中心の電子スピンと$^{13}$cの原子核スピンの相互作用が, 原子核の原子核分裂の周波数変調によって系内へのデコヒーレンスをもたらすことを示す。 双極子カップリングの平均化に必要なオフ軸磁場の存在は、実験的に達成可能な回転速度で平均化できない電子核-超微粒子相互作用の回転依存性をもたらす。 本研究は, 量子制御における物理回転の利用に関する新たな知見を提供するとともに, 運動と回転の自由度が固定されていない量子系に対する示唆を与える。

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