論文の概要: Long-lived valley states in bilayer graphene quantum dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.00980v1
• Date: Mon, 3 Apr 2023 13:48:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-04-04 15:11:27.395183
• Title: Long-lived valley states in bilayer graphene quantum dots
• Title（参考訳）: 二層グラフェン量子ドットにおける長寿命バレー状態
• Abstract要約: ゲート定義のBLG量子ドットデバイスは、高品質なスピンとバレー量子状態にアクセスするための汎用的なビルディングブロックとして確立されている。 谷の州は99,text%$よりもはるかに高い忠実度で区別でき、谷の三重項と一重項の間の非常に長い緩和時間を報告できる。 バレー状態の分離への我々のアプローチは、コヒーレントなバレー・クビット振動を測定するための道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.31458406135473804
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Bilayer graphene (BLG) is emerging as a promising host material for electrically controllable qubits in a two-dimensional system. Of particular interest is the ability to encode quantum information not only as spin qubits but also in the so-called valley degree of freedom, a two-fold orbital degeneracy that arises from the symmetry of the hexagonal Bravais lattice. Known spin-mixing and orbital-mixing mechanisms are unlikely to be at work for valleys. Moreover, the topological nature of valley states in BLG promises unique routes for coherent qubit manipulation. Gate-defined BLG quantum-dot devices have been recently established as a versatile building block for accessing high-quality spin and valley quantum states. However, measurements of the relaxation time of valley states -- which ultimately limits these qubits' coherence properties and therefore their suitability as practical qubits -- remained so far elusive. Here we report the first measurement of the characteristic relaxation times of spin and valley states, obtained in a high-quality BLG device containing gate-defined double quantum dots. We show that valley states can be distinguished with a fidelity of well above $99\,\text{%}$ and report remarkably long relaxation time between valley triplets and singlets, exceeding $500\,\text{ms}$ at $B=250\,\text{mT}$, more than one order of magnitude longer than the relaxation times we measure for spin states. Our approach to isolating valley states paves the way to measuring coherent valley-qubit oscillations and, in combination with the recently demonstrated electrical tunability of the valley $g$-factor, could provide a practical platform for the electrical control of long-lived valley qubits in BLG.
• Abstract（参考訳）: 二層グラフェン(blg)は、2次元系における電気制御可能な量子ビットのための有望なホスト材料として出現している。 特に興味深いのは、量子情報をスピン量子ビットとしてだけでなく、六角形ブラベイ格子の対称性から生じる2次元の軌道縮退、いわゆるバレー自由度でエンコードする能力である。 既知のスピン混合と軌道混合のメカニズムは、バレーで機能する可能性は低い。 さらに、BLGにおけるバレー州のトポロジカルな性質は、コヒーレント量子ビット操作のためのユニークな経路を約束する。 ゲート定義のBLG量子ドットデバイスは、近年、高品質なスピンとバレー量子状態にアクセスするための汎用的なビルディングブロックとして確立されている。 しかし、これらの量子ビットのコヒーレンス特性を最終的に制限し、実用的な量子ビットとしての適合性を制限したバレー状態の緩和時間の測定は、これまでにも残っていない。 ここでは、ゲート定義二重量子ドットを含む高品質なBLGデバイスで得られたスピンおよびバレー状態の特性緩和時間を初めて測定する。 谷の状態は99\,\text{%}$よりはるかに高い忠実度で区別でき、また、谷三重項と一重項の間の非常に長い緩和時間(500\,\text{ms}$=B=250\,\text{mT}$)はスピン状態の緩和時間よりも1桁長くなる。 バレー状態の孤立化に対する我々のアプローチは、コヒーレント・バレー・クビット振動の測定方法を舗装し、最近実証された谷の電気的チューニング性と組み合わせることで、BLGの長寿命バレー・クビットの電気的制御のための実用的なプラットフォームを提供することができる。

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