論文の概要: Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy
spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.11916v1
- Date: Fri, 21 Jul 2023 21:40:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-25 19:09:20.580552
- Title: Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy
spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure
- Title（参考訳）: 歪調ダイヤモンド膜ヘテロ構造におけるスズ空スピン量子ビットのマイクロ波量子制御とコヒーレンス保護
- Authors: Xinghan Guo, Alexander M. Stramma, Zixi Li, William G. Roth, Benchen
Huang, Yu Jin, Ryan A. Parker, Jes\'us Arjona Mart\'inez, Noah Shofer,
Cathryn P. Michaels, Carola P. Purser, Martin H. Appel, Evgeny M. Alexeev,
Tianle Liu, Andrea C. Ferrari, David D. Awschalom, Nazar Delegan, Benjamin
Pingault, Giulia Galli, F. Joseph Heremans, Mete Atat\"ure, Alexander A. High
- Abstract要約: ダイヤモンド中のスズ空孔中心(SnV)は、1.7Kで望ましい光学特性とスピン特性を持つ有望なスピン光子界面である。
我々は、これらの課題を克服する新しいプラットフォームを導入する。SnVは、一様に歪んだ薄いダイヤモンド膜の中心である。
結晶ひずみの存在は温度依存性の劣化を抑え、コヒーレンス時間を4Kで223ドルまで改善する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 75.28943161148086
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Robust spin-photon interfaces in solids are essential components in quantum
networking and sensing technologies. Ideally, these interfaces combine a
long-lived spin memory, coherent optical transitions, fast and high-fidelity
spin manipulation, and straightforward device integration and scaling. The
tin-vacancy center (SnV) in diamond is a promising spin-photon interface with
desirable optical and spin properties at 1.7 K. However, the SnV spin lacks
efficient microwave control and its spin coherence degrades with higher
temperature. In this work, we introduce a new platform that overcomes these
challenges - SnV centers in uniformly strained thin diamond membranes. The
controlled generation of crystal strain introduces orbital mixing that allows
microwave control of the spin state with 99.36(9) % gate fidelity and spin
coherence protection beyond a millisecond. Moreover, the presence of crystal
strain suppresses temperature dependent dephasing processes, leading to a
considerable improvement of the coherence time up to 223(10) ${\mu}$s at 4 K, a
widely accessible temperature in common cryogenic systems. Critically, the
coherence of optical transitions is unaffected by the elevated temperature,
exhibiting nearly lifetime-limited optical linewidths. Combined with the
compatibility of diamond membranes with device integration, the demonstrated
platform is an ideal spin-photon interface for future quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 固体中のロバストスピン光子界面は、量子ネットワークおよびセンシング技術において必須の構成要素である。
理想的には、これらのインターフェースは長寿命のスピンメモリ、コヒーレントな光学遷移、高速で高忠実なスピン操作、簡単なデバイス統合とスケーリングを組み合わせる。
ダイヤモンド中のスズ空孔中心(SnV)は、1.7Kで望ましい光学特性とスピン特性を持つ有望なスピン光子界面であるが、SnVスピンは効率的なマイクロ波制御を欠き、スピンコヒーレンスは高温で劣化する。
本研究では, これらの課題を克服する新たなプラットフォーム, SnV を均一に歪んだ薄いダイヤモンド膜に導入する。
制御された結晶ひずみの生成は、99.36(9)%ゲート忠実度と1ミリ秒を超えるスピンコヒーレンス保護によるスピン状態のマイクロ波制御を可能にする軌道混合を導入する。
さらに, 結晶ひずみの存在は, 温度依存性の劣化を抑制し, 223(10)${\mu}$sまでのコヒーレンス時間を4Kで大幅に改善した。
臨界的に、光遷移のコヒーレンスは高温の影響を受けず、ほぼ終生の光線幅を示す。
ダイヤモンド膜とデバイス統合の互換性と組み合わせて、このデモプラットフォームは将来の量子技術のための理想的なスピン光子インターフェースである。
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