論文の概要: Coherent control of a nuclear spin via interactions with a rare-earth ion in the solid-state

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.05631v1
• Date: Mon, 12 Sep 2022 21:44:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-26 21:52:54.603105
• Title: Coherent control of a nuclear spin via interactions with a rare-earth ion in the solid-state
• Title（参考訳）: 固体中の希土類イオンとの相互作用による核スピンのコヒーレント制御
• Authors: Mehmet T. Uysal, Mouktik Raha, Songtao Chen, Christopher M. Phenicie, Salim Ourari, Mengen Wang, Chris G. Van de Walle, Viatcheslav V. Dobrovitski, Jeff D. Thompson
• Abstract要約: 固体ホストにおけるEr$3+$イオンは量子リピータにとって有望な資源である。 Er$3+の電子スピンはスピン光子インタフェースを提供するが、アンシラ核スピンはより長い貯蔵時間で複数の量子ビットレジスタを可能にする。 固体ホスト結晶中の1つのEr$3+$イオンの電子スピンと1つの$I=1/2$核スピンとのコヒーレント結合を実証する。
• 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: Individually addressed Er$^{3+}$ ions in solid-state hosts are promising resources for quantum repeaters, because of their direct emission in the telecom band and compatibility with silicon photonic devices. While the Er$^{3+}$ electron spin provides a spin-photon interface, ancilla nuclear spins could enable multi-qubit registers with longer storage times. In this work, we demonstrate coherent coupling between the electron spin of a single Er$^{3+}$ ion and a single $I=1/2$ nuclear spin in the solid-state host crystal, which is a fortuitously located proton ($^1$H). We control the nuclear spin using dynamical decoupling sequences applied to the electron spin, implementing one- and two-qubit gate operations. Crucially, the nuclear spin coherence time exceeds the electron coherence time by several orders of magnitude, because of its smaller magnetic moment. These results provide a path towards combining long-lived nuclear spin quantum registers with telecom-wavelength emitters for long-distance quantum repeaters.
• Abstract（参考訳）: 固体ホスト内の個別アドレスの er$^{3+}$ イオンは、通信帯域の直接放出とシリコンフォトニックデバイスとの互換性のため、量子リピータにとって有望なリソースである。 Er$^{3+} の電子スピンはスピン-光子界面を提供するが、アンシラ核スピンはより長い貯蔵時間を持つマルチキュービットレジスタを可能にする。 本研究では,固体ホスト結晶中の1つのer$^{3+}$イオンの電子スピンと1つの$i=1/2$核スピンとの間のコヒーレント結合を実証する。 我々は電子スピンに印加された動的疎結合配列を用いて核スピンを制御する。 重要なことに、核スピンのコヒーレンス時間は、磁気モーメントが小さいため、電子コヒーレンス時間を超える。 これらの結果は、長距離量子リピータのための長距離核スピン量子レジスタと通信波長エミッタを結合する道筋を提供する。

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