論文の概要: Quantum control of nuclear spin qubits in a rapidly rotating diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.12577v1
• Date: Tue, 27 Jul 2021 03:39:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-20 19:28:13.336011
• Title: Quantum control of nuclear spin qubits in a rapidly rotating diamond
• Title（参考訳）: 高速回転ダイヤモンドにおける核スピン量子ビットの量子制御
• Authors: Alexander A. Wood, Russell M. Goldblatt, Robert E. Scholten and Andy M. Martin
• Abstract要約: 固体中の核スピンは環境に弱く結合し、量子情報処理と慣性センシングの魅力的な候補となる。 我々は、原子核スピンコヒーレンス時間よりも高速で1,kHzで物理的に回転するダイヤモンド中の光核スピン偏光と原子核スピンの高速量子制御を実証した。 我々の研究は、それまで到達不可能だったNV核スピンの自由を解放し、量子制御と回転センシングに対する新しいアプローチを解き放つ。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 62.997667081978825
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nuclear spins in certain solids couple weakly to their environment, making them attractive candidates for quantum information processing and inertial sensing. When coupled to the spin of an optically-active electron, nuclear spins can be rapidly polarized, controlled and read via lasers and radiofrequency fields. Possessing coherence times of several milliseconds at room temperature, nuclear spins hosted by a nitrogen-vacancy center in diamond are thus intriguing systems to observe how classical physical rotation at quantum timescales affects a quantum system. Unlocking this potential is hampered by precise and inflexible constraints on magnetic field strength and alignment in order to optically induce nuclear polarization, which restricts the scope for further study and applications. In this work, we demonstrate optical nuclear spin polarization and rapid quantum control of nuclear spins in a diamond physically rotating at $1\,$kHz, faster than the nuclear spin coherence time. Free from the need to maintain strict field alignment, we are able to measure and control nuclear spins in hitherto inaccessible regimes, such as in the presence of a large, time-varying magnetic field that makes an angle of more than $100^\circ$ to the nitrogen-lattice vacancy axis. The field induces spin mixing between the electron and nuclear states of the qubits, decoupling them from oscillating rf fields. We are able to demonstrate that coherent spin state control is possible at any point of the rotation, and even for up to six rotation periods. We combine continuous dynamical decoupling with quantum feedforward control to eliminate decoherence induced by imperfect mechanical rotation. Our work liberates a previously inaccessible degree of freedom of the NV nuclear spin, unlocking new approaches to quantum control and rotation sensing.
• Abstract（参考訳）: 固体中の核スピンは環境に弱く結合し、量子情報処理と慣性センシングの魅力的な候補となる。 光学活性電子のスピンと結合すると、核スピンは急速に偏光し、制御され、レーザーや高周波電界を介して読み取ることができる。 室温で数ミリ秒のコヒーレンス時間を持ち、ダイヤモンドの窒素空洞中心がホストする核スピンは量子時間スケールでの古典的物理回転が量子系にどのように影響するかを観察する興味深いシステムである。 このポテンシャルのアンロックは、光的に偏光を誘導するために、磁場強度とアライメントの正確で非フレキシブルな制約によって妨げられ、さらなる研究と応用のスコープが制限される。 本研究では, 原子核スピンの偏光と高速量子制御を, 原子核スピンコヒーレンス時間よりも高速に1, kHzで物理的に回転するダイヤモンド内で実証する。 厳密な磁場アライメントを維持する必要がなくなると、窒素-格子空孔軸に対して100^\circ$以上の角度を成す大きな時間変化磁場の存在など、ヒッヘルト到達不能な状態における核スピンの測定と制御が可能である。 磁場は量子ビットの電子と核状態の間のスピン混合を誘導し、それらを振動するrf磁場から分離する。 我々は、コヒーレントスピン状態制御が回転の任意の時点でも最大6回の回転期間でも可能であることを示すことができる。 連続的な動的デカップリングと量子フィードフォワード制御を組み合わせることで,不完全機械回転によるデコヒーレンスを解消する。 我々の研究は、それまで到達不可能だったNV核スピンの自由を解放し、量子制御と回転検出の新しいアプローチを解き放つ。

関連論文リスト

• Spin-orbit torque on nuclear spins exerted by a spin accumulation via hyperfine interactions [49.1574468325115]
  本稿では、フェルミ接触と双極子相互作用からなる超微細結合が、核スピンに作用するスピン軌道トルクの応用を仲介できることを実証する。 スピン密度の平衡成分と非平衡成分に対する反応は、磁場のような成分と減衰のような成分を持つ核上のトルクである。 この核スピン軌道トルクは、核磁気モーメントを、大きさと方向で安定化制御し、核スピントロニクスを実現するためのステップである。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-05-21T08:05:23Z)
• All-Optical Nuclear Quantum Sensing using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond [52.77024349608834]
  マイクロ波または高周波駆動は、量子センサーの小型化、エネルギー効率、非侵襲性を著しく制限する。 我々は、コヒーレント量子センシングに対する純粋に光学的アプローチを示すことによって、この制限を克服する。 この結果から, 磁気学やジャイロスコープの応用において, 量子センサの小型化が期待できる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-12-14T08:34:11Z)
• Decoupling Nuclear Spins via Interaction-Induced Freezing in Nitrogen Vacancy Centers in Diamond [0.0]
  ダイヤモンド中の窒素空洞(NV)センターは、新興量子技術のための室温プラットフォームを提供する。 我々は、NV中心が固有の核スピンをノイズの多い電磁環境から分離するための凍結プロトコルを実証する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-04-08T07:01:51Z)
• Tunable Gyromagnetic Augmentation of Nuclear Spins in Diamond [0.0]
  この研究は、暗黒核スピンの高速量子制御を実装できる状態を特定する。 室温で長寿命のスピン量子ビットの迅速な制御に関するさらなる調査の基礎を築いている。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-09-28T06:14:51Z)
• Demonstration of electron-nuclear decoupling at a spin clock transition [54.088309058031705]
  クロック遷移は磁気ノイズから分子スピン量子ビットを保護する。 核自由度への線形結合は、電子コヒーレンスの変調と崩壊を引き起こす。 核浴への量子情報漏洩がないことは、他のデコヒーレンス源を特徴づける機会を与える。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-06-09T16:23:47Z)
• Anisotropic electron-nuclear interactions in a rotating quantum spin bath [55.41644538483948]
  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。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-05-16T06:15:00Z)
• Spin-mechanics with nitrogen-vacancy centers and trapped particles [0.0]
  固相中での粒子と電子スピンの相互作用を利用したスピン力学の分野における最近の実験的研究を概説する。 我々の焦点は、現在の実験に近い理論的な背景と、これらのシステムが潜在能力を解き放つための実験的な限界に焦点を当てています。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-04-20T20:43:24Z)
• Nuclear spin readout in a cavity-coupled hybrid quantum dot-donor system [0.0]
  核スピンは長いコヒーレンス時間を示し、環境からかなり孤立している。 マイクロ波共振器の伝送を探索して核スピンの読み出しを行う手法を提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-12-02T16:51:50Z)
• Quantum coherent spin-electric control in a molecular nanomagnet at clock transitions [57.50861918173065]
  ナノスケールでのスピンの電気的制御は、スピントロニクスのアーキテクチャ上の利点を提供する。 分子スピン材料における電場(E-場)感度の最近の実証が注目されている。 これまでに報告された電子場感度はかなり弱く、より強いスピン電結合を持つ分子をどうやって設計するかという問題を引き起こした。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-05-03T09:27:31Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。