論文の概要: Coherent optical-microwave interface for manipulation of low-field
electronic clock transitions in $^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.04196v1
- Date: Fri, 9 Sep 2022 09:19:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-27 05:29:31.199812
- Title: Coherent optical-microwave interface for manipulation of low-field
electronic clock transitions in $^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$
- Title（参考訳）: Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$における低磁場電子時計遷移のコヒーレント光マイクロ波インタフェース
- Authors: Louis Nicolas, Moritz Businger, Th\'eo Sanchez Meijia, Alexey Tiranov,
Thierry Chaneli\`ere, Elo\"ise Lafitte-Houssat, Alban Ferrier, Philippe
Goldner and Mikael Afzelius
- Abstract要約: 固体スピンと光およびマイクロ波場とのコヒーレントな相互作用は、量子技術の基盤となる。
ループギャップマイクロ波共振器を用いて、長い結晶上で光とマイクロ波の遷移をコヒーレントに駆動する。
極低磁場におけるスピン脱落機構に関する新たな知見を提示し,超超微細化によるハーンエコー信号の崩壊が低磁場における重要な役割を担っていることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The coherent interaction of solid-state spins with both optical and microwave
fields provides a platform for a range of quantum technologies, such as quantum
sensing, microwave-to-optical quantum transduction and optical quantum
memories. Rare-earth ions with electronic spins are interesting in this
context, but it is challenging to simultaneously and efficiently drive both
optical and microwave transitions over a long crystal. In this work, we use a
loop-gap microwave resonator to coherently drive optical and microwave clock
transitions in $^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$, at close to zero external
magnetic field. The low magnetic field regime is particularly interesting for
interfacing these spin transitions with superconducting circuits. We achieve a
Rabi frequency of 0.56 MHz at 2.497 GHz, over a 1-cm long crystal. Furthermore,
we provide new insights into the spin dephasing mechanism at very low fields,
showing that superhyperfine-induced collapse of the Hahn echo signal plays an
important role at low fields. Our calculations and measurements reveal that the
effective magnetic moment can be manipulated in $^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$,
allowing to suppress the superhyperfine interaction at the clock transition. At
a doping concentration of 2 ppm and a temperature of $3.4$ K, we achieve the
longest spin coherence time of $10.0 \pm 0.4 ~\text{ms}$ reported in
$^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$.
- Abstract（参考訳）: 固体スピンと光およびマイクロ波の両方とのコヒーレント相互作用は、量子センシング、マイクロ波-光量子トランスダクション、光量子メモリなどの様々な量子技術のためのプラットフォームを提供する。
電子スピンを持つ希土類イオンはこの文脈で興味深いが、長い結晶上で光とマイクロ波の遷移を同時に効率的に駆動することは困難である。
本研究では、ループギャップマイクロ波共振器を用いて、外部磁場ゼロ近傍で、$^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$の光およびマイクロ波クロック遷移をコヒーレントに駆動する。
低磁場状態は、これらのスピン遷移を超伝導回路で対向させることで特に興味深い。
我々は長さ1cmの結晶上で2.497GHzのRabi周波数0.56MHzを達成する。
さらに, 極低磁場におけるスピン脱落機構に関する新たな知見を提供し, ハーンエコー信号の超超微細化による崩壊が低磁場における重要な役割を担っていることを示した。
我々の計算と測定により、有効磁気モーメントは$^{171}$yb$^{3+}$:y$_2$sio$_5$で操作できることが明らかとなり、クロック遷移における超超微粒子相互作用を抑制することができる。
2 ppm のドーピング濃度と 3.4$ k の温度で、最も長いスピンコヒーレンス時間は 10.0 \pm 0.4 ~\text{ms}$ で、$^{171}$yb$^{3+}$:y$_2$sio$_5$ で報告される。
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