論文の概要: Engineering Phonon-Qubit Interactions using Phononic Crystals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.06236v1
• Date: Tue, 10 Oct 2023 01:11:39 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-12 02:05:46.367662
• Title: Engineering Phonon-Qubit Interactions using Phononic Crystals
• Title（参考訳）: フォノン結晶を用いた工学的フォノン-クビット相互作用
• Authors: Kazuhiro Kuruma, Benjamin Pingault, Cleaven Chia, Michael Haas, Graham D Joe, Daniel Rimoli Assumpcao, Sophie Weiyi Ding, Chang Jin, C. J. Xin, Matthew Yeh, Neil Sinclair, and Marko Lon\v{c}ar
• Abstract要約: 我々は50ギガヘルツから70ギガヘルツにまたがる完全なフォニックバンドギャップを持つダイヤモンドフォニック結晶を設計・製造する。 4ケルビンでは,色中心のフォノン誘起軌道緩和速度をバルクに比べて18倍に低下させることを示した。 高温での量子メモリの動作を可能にすることに加えて、量子ビット-フォノン相互作用を設計する能力により、量子科学とテクノロジーの新たな機能を実現することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5976529711964845
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The ability to control phonons in solids is key for diverse quantum applications, ranging from quantum information processing to sensing. Often, phonons are sources of noise and decoherence, since they can interact with a variety of solid-state quantum systems. To mitigate this, quantum systems typically operate at milli-Kelvin temperatures to reduce the number of thermal phonons. Here we demonstrate an alternative approach that relies on engineering phononic density of states, drawing inspiration from photonic bandgap structures that have been used to control the spontaneous emission of quantum emitters. We design and fabricate diamond phononic crystals with a complete phononic bandgap spanning 50 - 70 gigahertz, tailored to suppress interactions of a single silicon-vacancy color center with resonant phonons of the thermal bath. At 4 Kelvin, we demonstrate a reduction of the phonon-induced orbital relaxation rate of the color center by a factor of 18 compared to bulk. Furthermore, we show that the phononic bandgap can efficiently suppress phonon-color center interactions up to 20 Kelvin. In addition to enabling operation of quantum memories at higher temperatures, the ability to engineer qubit-phonon interactions may enable new functionalities for quantum science and technology, where phonons are used as carriers of quantum information.
• Abstract（参考訳）: 固体中のフォノンを制御できることは、量子情報処理からセンシングまで、様々な量子応用の鍵となる。 フォノンは様々な固体量子システムと相互作用できるため、ノイズやデコヒーレンスの原因となることが多い。 これを緩和するために、量子系は通常ミリケルビン温度で動作し、熱フォノンの数を減らす。 ここでは、量子エミッタの自然放出を制御するために用いられるフォトニックバンドギャップ構造から着想を得た、状態の工学的フォノン密度に依存する別のアプローチを示す。 50～70ギガヘルツにまたがる完全なフォノニックバンドギャップを持つダイヤモンドフォノニック結晶を設計・作製し、単一のシリコン空白色中心と熱浴の共振フォノオンとの相互作用を抑制するために調整した。 4ケルビンでは,色中心のフォノン誘起軌道緩和速度をバルクに比べて18倍に低下させることを示した。 さらに、フォノン色中心相互作用を20ケルビンまで効果的に抑制できることを示す。 量子メモリの高温での動作を可能にすることに加えて、量子ビット-フォノン相互作用を設計できる能力は、フォノンを量子情報のキャリアとして用いる量子科学と技術に新たな機能をもたらす可能性がある。

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