論文の概要: Two-photon Interface of Nuclear Spins Based on the Opto-Nuclear
Quadrupolar Effect
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.09616v1
- Date: Sun, 19 Feb 2023 16:31:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-21 17:32:55.722651
- Title: Two-photon Interface of Nuclear Spins Based on the Opto-Nuclear
Quadrupolar Effect
- Title（参考訳）: 光-核準極効果に基づく核スピンの2光子界面
- Authors: Haowe Xu, Changhao Li, Guoqing Wang, Hua Wang, Hao Tang, Ariel Rebekah
Barr, Paola Cappellaro, and Ju Li
- Abstract要約: 我々は、光光子を効率よく核スピンに結合できる、光核四極子効果(ONQ)を提案する。
これは欠陥のない非磁性結晶の応用性や、より長い核スピンコヒーレンス時間などの利点をもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.767853156792885
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Photons and nuclear spins are two well-known building blocks in quantum
information science and technology. Establishing an efficient interface between
optical photons and nuclear spins, while highly desirable for hybridizing these
two quantum systems, is challenging because the interactions between nuclear
spins and the environment are usually weak in magnitude, and there is also a
formidable gap between nuclear spin frequencies and optical frequencies. In
this work, we propose an opto-nuclear quadrupolar (ONQ) effect, whereby optical
photons can be efficiently coupled to nuclear spins, similar to Raman
scattering. Compared to previous works, ancilla electron spins are not required
for the ONQ effect. This leads to advantages such as applicability in
defect-free nonmagnetic crystals and longer nuclear spin coherence time. In
addition, the frequency of the optical photons can be arbitrary, so they can be
fine-tuned to minimize the material heating and to match telecom wavelengths
for long-distance communications. Using perturbation theory and
first-principles calculations, we demonstrate that the ONQ effect is stronger
by several orders of magnitude than other nonlinear optical effects that could
couple to nuclear spins. Based on this rationale, we propose promising
applications of the ONQ effect, including quantum memory, quantum transduction,
and materials isotope spectroscopy. We also discuss issues relevant to the
experimental demonstration of the ONQ effect.
- Abstract（参考訳）: 光子と核スピンは量子情報科学と技術においてよく知られた2つの構成要素である。
光子と核スピンの効率的なインターフェースを確立することは、これらの2つの量子系をハイブリダイゼーションするのに非常に望ましいが、核スピンと環境との相互作用が通常大きく弱いため、また核スピン周波数と光周波数の間にも大きなギャップがあるため、困難である。
本研究では,光子をラマン散乱に類似した原子核スピンに効率的に結合できるオプト核四極子(onq)効果を提案する。
以前の研究と比較すると、ONQ効果にはアンシラ電子スピンは必要ない。
これは欠陥のない非磁性結晶の応用性や長い核スピンコヒーレンス時間などの利点をもたらす。
さらに、光子の周波数は任意であり、材料の加熱を最小限に抑え、長距離通信のための通信波長に合わせるために微調整することができる。
摂動理論と第一原理計算を用いて、onq効果が核スピンと結合する他の非線形光学効果よりも数桁強いことを証明した。
この理論に基づいて、量子メモリ、量子トランスダクション、物質同位体分析を含むONQ効果の有望な応用を提案する。
また,ONQ効果の実証実験に関する問題点についても論じる。
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