論文の概要: Robust millisecond coherence times of erbium electron spins
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.02708v1
- Date: Wed, 6 Jul 2022 14:29:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-06 09:39:16.882682
- Title: Robust millisecond coherence times of erbium electron spins
- Title（参考訳）: エルビウム電子スピンのロバストミリ秒コヒーレンス時間
- Authors: Shobhit Gupta, Xuntao Wu, Haitao Zhang, Jun Yang, Tian Zhong
- Abstract要約: 酸化イットリウム中の167mathrmEr3+$のGHz帯電子スピン遷移を報告する。
常磁性不純物がデコヒーレンスの主要な原因であることがわかった。
これらのコヒーレンス寿命は、結晶の宿主で見られる最長の寿命の1つである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.862622132486542
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Erbium-doped solids are prime candidates for optical quantum communication
networks due to erbium's telecom C-band emission. A long-lived electron spin of
erbium with millisecond coherence time is highly desirable for establishing
entanglement between adjacent quantum repeater nodes while long-term storage of
the entanglement could rely on transferring to erbium's second-long coherence
nuclear spins. Here we report GHz-range electron spin transitions of
$^{167}\mathrm{Er}^{3+}$ in yttrium oxide ($\mathrm{Y_2O_3}$) matrix with
coherence times that are consistently longer than a millisecond. Instead of
addressing field-specific Zero First-Order Zeeman transitions, we probe weakly
mixed electron spins with the field orientation along the lower g-factors.
Using pulsed electron spin resonance spectroscopy, we find paramagnetic
impurities are the dominant source of decoherence, and by polarizing them we
achieve a Hahn echo spin $\mathrm{T_2}$ up to 1.46 ms, and a coherence time up
to 7.1 ms after dynamical decoupling. These coherence lifetimes are among the
longest found in crystalline hosts especially those with nuclear spins. We
further enhance the coherence time beyond conventional dynamical decoupling,
using customized sequences to simultaneously mitigate spectral diffusion and
Er-Er dipolar interactions. Despite nuclear and impurity spins in the host,
this work shows that long-lived erbium spins comparable to non-nuclear spin
hosts can be achieved. Our study not only establishes $^{167}\mathrm{Er}^{3+}$:
$\mathrm{Y_2 O_3}$ as a significantly promising quantum memory platform but
also provides a general guideline for engineering long-lived erbium spins in a
variety of host materials for quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: エルビウムドープ固体は、エルビウムのテレコムCバンド放出による光量子通信ネットワークの主要な候補である。
ミリ秒のコヒーレンス時間を持つエルビウムの長期電子スピンは、隣り合う量子リピータノード間の絡み合いを確立するのに非常に望ましいが、この絡み合いの長期保存はエルビウムの2番目のコヒーレンス核スピンへの移動に依存する可能性がある。
ここでは、yttrium oxide$(\mathrm{Y_2O_3}$)行列における$^{167}\mathrm{Er}^{3+}$のGHzレンジ電子スピン遷移を報告する。
場特異的なゼロ一階ゼーマン遷移に対処する代わりに、弱混合電子スピンを低いg因子に沿って磁場配向で探す。
パルス電子スピン共鳴分光法を用いて、常磁性不純物がデコヒーレンスの主要な源であることを発見し、それらを偏光させることでハーンエコースピン $\mathrm{t_2}$ 1.46 ms、動的デコヒーレンス後のコヒーレンス時間は7.1 msとなる。
これらのコヒーレンス寿命は、特に核スピンを持つ結晶ホストで最も長いものの一つである。
我々は、スペクトル拡散とer-er双極子相互作用を同時に緩和するカスタムシーケンスを用いて、従来の動的デカップリングを超えたコヒーレンス時間をさらに向上させる。
宿主の核と不純物スピンにもかかわらず、この研究は非核スピンホストに匹敵する長寿命エルビウムスピンが達成可能であることを示している。
我々の研究は、有望な量子メモリプラットフォームとして$^{167}\mathrm{Er}^{3+}$:$\mathrm{Y_2 O_3}$を確立するだけでなく、量子技術のための様々なホスト材料において、長寿命エルビウムスピンをエンジニアリングするための一般的なガイドラインを提供する。
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