論文の概要: Cavity-enhanced single-shot readout of a quantum dot spin within 3
nanoseconds
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.13870v1
- Date: Tue, 25 Oct 2022 09:45:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-21 16:05:40.097133
- Title: Cavity-enhanced single-shot readout of a quantum dot spin within 3
nanoseconds
- Title（参考訳）: 3ナノ秒以内の量子ドットスピンのキャビティ強化単発読み出し
- Authors: Nadia Olympia Antoniadis, Mark Richard Hogg, Willy Frederik Stehl,
Alisa Javadi, Natasha Tomm, R\"udiger Schott, Sascha Ren\'e Valentin, Andreas
Dirk Wieck, Arne Ludwig, Richard John Warburton
- Abstract要約: 半導体量子ドットスピン状態の単一ショット読み出しを実演する。
我々のアプローチでは、半導体量子ドットはオープンマイクロキャビティに埋め込まれている。
我々は、(95.2$pm$0.7)%の忠実度を持つ3ナノ秒で電子スピン状態の単発読み出しを実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.45507178426690204
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Rapid, high-fidelity single-shot readout of quantum states is a ubiquitous
requirement in quantum information technologies, playing a crucial role in
quantum computation, quantum error correction, and fundamental tests of
non-locality. Readout of the spin state of an optically active emitter can be
achieved by driving a spin-preserving optical transition and detecting the
emitted photons. The speed and fidelity of this approach is typically limited
by a combination of low photon collection rates and measurement back-action.
Here, we demonstrate single-shot optical readout of a semiconductor quantum dot
spin state, achieving a readout time of only a few nanoseconds. In our
approach, gated semiconductor quantum dots are embedded in an open microcavity.
The Purcell enhancement generated by the microcavity increases the photon
creation rate from one spin state but not from the other, as well as
efficiently channelling the photons into a well-defined detection mode. We
achieve single-shot readout of an electron spin state in 3 nanoseconds with a
fidelity of (95.2$\pm$0.7)%, and observe quantum jumps using repeated
single-shot measurements. Owing to the speed of our readout, errors resulting
from measurement-induced back-action have minimal impact. Our work reduces the
spin readout-time to values well below both the achievable spin relaxation and
dephasing times in semiconductor quantum dots, opening up new possibilities for
their use in quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 量子状態の高速かつ高忠実なシングルショット読み出しは、量子情報技術においてユビキタスな要件であり、量子計算、量子エラー補正、非局所性の基本的なテストにおいて重要な役割を果たす。
光活性エミッタのスピン状態の読み出しは、スピン保存光遷移を駆動し、発光光子を検出することで実現できる。
このアプローチの速度と忠実度は通常、低い光子回収率と測定バックアクションの組み合わせによって制限される。
ここでは、半導体量子ドットスピン状態の単一ショット光読み出しを行い、わずか数ナノ秒の読み出し時間を達成する。
このアプローチでは、ゲート型半導体量子ドットはオープンマイクロキャビティに埋め込まれている。
マイクロキャビティによって生じるパーセルの増強は、一方のスピン状態からの光子生成速度を増大させるだけでなく、他方のスピン状態からの光子生成速度を増加させ、より明確に定義された検出モードに効率的に光子をつなげる。
95.2$\pm$0.7)%の精度で3ナノ秒で電子スピン状態の単発読み出しを行い、反復単発測定を用いて量子ジャンプを観察する。
読み出し速度のため,測定結果によるバックアクションによる誤差は最小限に抑えられる。
我々の研究は、スピンの読み出し時間を、達成可能なスピン緩和と半導体量子ドットの劣化時間の両方よりかなり低い値に減らし、量子技術における新しい可能性を開く。
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