論文の概要: Precise control of entanglement in multinuclear spin registers coupled to defects

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.09459v2
• Date: Tue, 17 May 2022 17:32:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-21 20:43:59.920799
• Title: Precise control of entanglement in multinuclear spin registers coupled to defects
• Title（参考訳）: 欠陥に結合した多核スピンレジスタの絡み合いの精密制御
• Authors: Evangelia Takou, Edwin Barnes, and Sophia E. Economou
• Abstract要約: 量子ネットワークは、セキュアな通信、量子センシングの強化、分散コンピューティングといった量子情報処理において必須の役割を果たす。 量子ネットワークの最も成熟し有望なプラットフォームは、ダイヤモンドの窒素空孔中心や固体の他の色中心である。 ネットワーク用途にこれらのシステムを使用する際の課題の1つは、電子と核スピンレジスタ間の絡み合いを制御的に操作することである。
• 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 play an indispensable role in quantum information tasks such as secure communications, enhanced quantum sensing, and distributed computing. Among the most mature and promising platforms for quantum networking are nitrogen-vacancy centers in diamond and other color centers in solids. One of the challenges in using these systems for networking applications is to controllably manipulate entanglement between the electron and the nuclear spin register despite the always-on nature of the hyperfine interactions, which makes this an inherently many-body quantum system. Here, we develop a general formalism to quantify and control the generation of entanglement in an arbitrarily large nuclear spin register coupled to a color center electronic spin. We provide a reliable measure of nuclear spin selectivity, by exactly incorporating into our treatment the dynamics with unwanted nuclei. We also show how to realize direct multipartite gates through the use of dynamical decoupling sequences, drastically reducing the total gate time compared to protocols based on sequential entanglement with individual nuclear spins. We quantify the performance of such gate operations in the presence of unwanted residual entanglement links, capturing the dynamics of the entire nuclear spin register. Finally, using experimental parameters of a well-characterized 27 nuclear spin register device, we show how to prepare with high fidelity entangled states for quantum error correction.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、セキュアな通信、量子センシングの強化、分散コンピューティングといった量子情報処理において不可欠である。 量子ネットワークの最も成熟し有望なプラットフォームは、ダイヤモンドの窒素空孔中心や固体の他の色中心である。 これらのシステムをネットワークアプリケーションとして使用する上での課題のひとつは、超微細構造相互作用の常時オン性にもかかわらず、電子と核スピンレジスタの絡み合いを制御して操作することであり、これは本質的に多体量子システムである。 そこで我々は,色中心電子スピンに結合した任意の大きさの核スピンレジスタにおいて,絡み合いの発生を定量化し,制御する一般形式を開発した。 我々は、望ましくない核のダイナミクスの処理に正確に組み込むことにより、信頼できる核スピン選択性の測定を提供する。 また、動的デカップリングシーケンスを用いて直接多部ゲートを実現する方法を示し、個々の核スピンとの逐次絡み合いに基づくプロトコルと比較して、全体のゲート時間を劇的に短縮する。 我々は、不要残絡リンクの存在下でのそのようなゲート動作の性能を定量化し、核スピンレジスタ全体のダイナミクスを捉える。 最後に、良好な特性を持つ27個の核スピンレジスタ装置の実験パラメータを用いて、量子誤り訂正のための高忠実な絡み合った状態の調製方法を示す。

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