論文の概要: Robust quantum-network memory based on spin qubits in isotopically engineered diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.09772v1
• Date: Thu, 18 Nov 2021 16:13:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 12:39:12.119486
• Title: Robust quantum-network memory based on spin qubits in isotopically engineered diamond
• Title（参考訳）: スピン量子ビットに基づくアイソトープ加工ダイヤモンドのロバスト量子ネットワークメモリ
• Authors: C. E. Bradley, S. W. de Bone, P. F. W. Moller, S. Baier, M. J. Degen, S. J. H. Loenen, H. P. Bartling, M. Markham, D. J. Twitchen, R. Hanson, D. Elkouss, T. H. Taminiau
• Abstract要約: NV中心の光リンク操作に対して堅牢な長寿命量子メモリを提供する。 この結果から,複雑なアルゴリズムと誤り訂正を検証可能なテストベッド量子ネットワークの実現が期待できる。
• 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: Quantum networks can enable long-range quantum communication and modular quantum computation. A powerful approach is to use multi-qubit network nodes which provide the quantum memory and computational power to perform entanglement distillation, quantum error correction, and information processing. Nuclear spins associated with optically-active defects in diamond are promising qubits for this role. However, their dephasing during entanglement distribution across the optical network hinders scaling to larger systems. In this work, we show that a single 13C spin in isotopically engineered diamond offers a long-lived quantum memory that is robust to the optical link operation of an NV centre. The memory lifetime is improved by two orders-of-magnitude upon the state-of-the-art, and exceeds the best reported times for remote entanglement generation. We identify ionisation of the NV centre as a newly limiting decoherence mechanism. As a first step towards overcoming this limitation, we demonstrate that the nuclear spin state can be retrieved with high fidelity after a complete cycle of ionisation and recapture. Finally, we use numerical simulations to show that the combination of this improved memory lifetime with previously demonstrated entanglement links and gate operations can enable key primitives for quantum networks, such as deterministic non-local two-qubit logic operations and GHZ state creation across four network nodes. Our results pave the way for test-bed quantum networks capable of investigating complex algorithms and error correction.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは長距離量子通信とモジュラー量子計算を可能にする。 強力なアプローチは、量子メモリと計算能力を提供し、絡み合い蒸留、量子誤差補正、情報処理を行うマルチ量子ビットネットワークノードを使用することである。 ダイヤモンドの光学活性欠陥に関連する核スピンはこの役割に有望な量子ビットである。 しかし、光ネットワーク間の絡み合い分布におけるデフォーカスは、より大きなシステムへのスケーリングを妨げる。 本研究では,アイソトープ加工ダイヤモンド中の1つの13cスピンが,nv中心の光リンク操作に頑健な長寿命の量子メモリを提供することを示す。 メモリ寿命は最先端の2桁のオーダーで改善され、リモートの絡み合い生成に最適な時間を超える。 我々は,nv中心のイオン化を新たに制限されたデコヒーレンス機構と同定した。 この限界を克服するための第一歩として、イオン化と再捕獲の完全なサイクルの後、核スピン状態が高い忠実度で取り戻せることを実証する。 最後に,前述した絡み合いリンクとゲート操作の組み合わせにより,決定論的非局所2量子ビット論理演算や4つのネットワークノード間のghz状態生成といった量子ネットワークの重要なプリミティブが実現可能であることを示すために,数値シミュレーションを用いた。 その結果、複雑なアルゴリズムや誤り訂正を検証できるテストベッド量子ネットワークへの道が開けた。

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