論文の概要: Quantum control and fast rotation of levitated diamonds in high vacuum

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.05821v1
• Date: Mon, 11 Sep 2023 20:56:09 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-13 15:10:08.711313
• Title: Quantum control and fast rotation of levitated diamonds in high vacuum
• Title（参考訳）: 高真空中における浮遊ダイヤモンドの量子制御と高速回転
• Authors: Yuanbin Jin, Kunhong Shen, Peng Ju, Xingyu Gao, Chong Zu, Alejandro J. Grine, Tongcang Li
• Abstract要約: 内部スピン量子ビットを持つ高真空中での浮遊ダイヤモンド粒子は量子力学の探索のために提案されている。 複数の安定化電極を持つ一体型表面イオントラップを作製した。 これによりオンチップ浮揚が容易になり、高真空で浮遊したナノダイアモンドの磁気共鳴測定が初めて光学的に検出された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 42.01361101308548
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Levitated diamond particles in high vacuum with internal spin qubits have been proposed for exploring macroscopic quantum mechanics, quantum gravity, and precision measurements. The coupling between spins and particle rotation can be utilized to study quantum geometric phase, create gyroscopes and rotational matter-wave interferometers. However, previous efforts in levitated diamonds struggled with vacuum level or spin state readouts. In addition, fast rotation of a levitated diamond has not been reported. To address these gaps, we fabricate an integrated surface ion trap with multiple stabilization electrodes. This facilitates on-chip levitation and, for the first time, optically detected magnetic resonance measurements of a nanodiamond levitated in high vacuum. The internal temperature of our levitated nanodiamond remains moderate below $10^{-5}$ Torr. Impressively, we have driven a nanodiamond to rotate up to 20 MHz ($1.2 \times 10^{9}$ rpm), surpassing nitrogen-vacancy (NV) center electron spin dephasing rates. Using these NV spins, we observe the pseudo-magnetic field arising from particle rotation. In addition, we demonstrate quantum coherent control of spins in a rotating nanodiamond. These results mark an important development in interfacing mechanical rotation with spin qubits, expanding our capacity to study quantum phenomena.
• Abstract（参考訳）: 内部スピン量子ビットを持つ高真空中の浮遊ダイヤモンド粒子は、マクロ量子力学、量子重力、精密測定を探求するために提案されている。 スピンと粒子の回転のカップリングは、量子幾何位相の研究、ジャイロスコープと回転物質波干渉計の作成に利用できる。 しかし、浮遊ダイヤモンドの以前の取り組みは真空レベルやスピン状態の読み出しに苦しんだ。 また、浮遊ダイヤモンドの高速回転も報告されていない。 これらのギャップに対処するため、複数の安定化電極を持つ一体型表面イオントラップを作製する。 これによりオンチップ浮揚が容易になり、高真空で浮遊したナノダイアモンドの磁気共鳴測定が初めて光学的に検出される。 浮遊ナノダイヤモンドの内部温度は10^{-5}$ torr以下である。 印象的なことに、我々はナノダイアモンドを20MHz (1.2 \times 10^{9}$ rpm)まで回転させ、窒素空孔(NV)中心電子スピンの脱落速度を超えた。 これらのNVスピンを用いて、粒子回転による擬似磁場を観測する。 さらに、回転するナノダイヤモンドにおけるスピンの量子コヒーレント制御を実証する。 これらの結果は、スピン量子ビットと機械回転の相互作用において重要な発展を示し、量子現象の研究能力を拡大している。

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