論文の概要: Long-lived Microwave Electromechanical Systems Enabled by Cubic
Silicon-Carbide Membrane Crystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.01020v1
- Date: Tue, 2 Jan 2024 04:07:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-03 14:45:28.456414
- Title: Long-lived Microwave Electromechanical Systems Enabled by Cubic
Silicon-Carbide Membrane Crystals
- Title（参考訳）: 立方晶-炭化ケイ素膜結晶による長寿命マイクロ波電気機械システム
- Authors: Yulong Liu and Huanying Sun and Qichun Liu and Haihua Wu and Mika A.
Sillanp\"a\"a and Tiefu Li
- Abstract要約: 超伝導マイクロ波回路による高ストレスおよび結晶性(3C相)シリコン炭化物膜の相溶性を示す。
次に,マイクロ波コヒーレント状態の保存と回収が可能な高Q$(108ドル)シリコン炭化物膜に基づくフォノンメモリについて検討する。
結晶性ケイ素-炭化ケイ素膜からなる電気メカニカル界面とフォノンメモリは、密着特性を有する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.507839410349154
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Cubic silicon-carbide crystals, known for their high thermal conductivity and
in-plane stress, hold significant promise for the development of high-quality
($Q$) mechanical oscillators. Enabling coherent electrical manipulation of
long-lived mechanical resonators would be instrumental in advancing the
development of phononic memories, repeaters, and transducers for microwave
quantum states. In this study, we demonstrate the compatibility of high-stress
and crystalline (3C-phase) silicon-carbide membranes with superconducting
microwave circuits. We establish a coherent electromechanical interface for
long-lived phonons, allowing precise control over the electromechanical
cooperativity. This interface enables tunable slow-light time with group delays
extending up to an impressive duration of \emph{an hour}. We then investigate a
phononic memory based on the high-$Q$ ($10^{8}$) silicon-carbide membrane,
capable of storing and retrieving microwave coherent states \emph{on-demand}.
The thermal and coherent components can be distinguished through state
tomography in quadrature phase space, which shows an exponential increase and
decay trend respectively as the storage time increases. The electromechanical
interface and phononic memory made from crystalline silicon-carbide membrane
possess enticing attributes, including low microwave-induced mechanical
heating, phase coherence, an energy decay time of $T_{1}=19.9$~s, and it
acquires less than one quantum noise within $\tau_{\textrm{coh}}=41.3$~ms
storage period. These findings underscore the unique opportunities provided by
cubic silicon-carbide membrane crystals for the storage and transfer of quantum
information across distinct components of hybrid quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 立方晶シリコン炭化物結晶は高い熱伝導率と面内応力で知られており、高品質(Q$)の機械振動子の開発を大いに約束している。
長寿命の機械共振器のコヒーレントな電気的操作は、電子量子状態のためのフォノンメモリ、リピータ、トランスデューサの開発を促進するのに役立つだろう。
本研究では,高ストレスおよび結晶性(3c相)シリコン炭化物膜と超伝導マイクロ波回路との適合性を示す。
長寿命フォノンのためのコヒーレントな電気機械インタフェースを確立し,電気機械の協調性を正確に制御する。
このインターフェースでは、グループ遅延による調整可能なスローライトタイムを、印象的な持続時間である \emph{an hour} まで延長することができる。
次に、高いQ$ (10^{8}$) の炭化ケイ素膜に基づいて、マイクロ波コヒーレント状態の保存と取得が可能なフォノンメモリについて検討する。
熱成分とコヒーレント成分は二次相空間の状態トモグラフィーにより識別でき、保存時間の増加とともに指数関数的な増加と減衰傾向を示す。
結晶性シリコン炭化物膜からなる電気機械界面およびフォノニックメモリは、低マイクロ波誘起機械的加熱、位相コヒーレンス、エネルギー減衰時間(t_{1}=19.9$~s)を含む魅力的な特性を有しており、保存期間が$\tau_{\textrm{coh}}=41.3$~msである。
これらの知見は、立方晶シリコン-炭化物膜結晶が、ハイブリッド量子システムの異なる成分にまたがる量子情報の保存と転送に与えたユニークな機会の核となる。
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