論文の概要: Spin-Valley Protected Kramers Pair in Bilayer Graphene

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.08143v2
• Date: Tue, 11 Feb 2025 19:59:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-13 18:10:00.545274
• Title: Spin-Valley Protected Kramers Pair in Bilayer Graphene
• Title（参考訳）: 二層グラフェン中のスピンバルブ保護クラマーペア
• Authors: Artem O. Denisov, Veronika Reckova, Solenn Cances, Max J. Ruckriegel, Michele Masseroni, Christoph Adam, Chuyao Tong, Jonas D. Gerber, Wei Wister Huang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Thomas Ihn, Klaus Ensslin, Hadrien Duprez,
• Abstract要約: シングルキャリア量子ドット(QD)基底状態は、クラマーズ対を構成する2つの状態がスピンとバレー量子数を持つ2つの縮退性を示す。 本研究では,Ke-Meleスピン軌道分割により,99%以上の忠実度を持つゼロ磁場でも,Ke-Meleスピン軌道分割によりKramersダブレット単発読み出しが可能となることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.15216438710616423
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The intrinsic valley degree of freedom makes bilayer graphene (BLG) a unique platform for semiconductor qubits. The single-carrier quantum dot (QD) ground state exhibits a two-fold degeneracy, where the two states that constitute a Kramers pair, have opposite spin and valley quantum numbers. Because of the valley-dependent Berry curvature, an out-of-plane magnetic field breaks the time-reversal symmetry of this ground state and a qubit can be encoded in the spin-valley subspace. The Kramers states are protected against known spin- and valley-mixing mechanisms because mixing requires a simultaneous change of both quantum numbers. Here, we fabricate a tunable QD device in Bernal BLG and measure a spin-valley relaxation time for the Kramers states of ${38~\mathrm{s}}$, which is two orders of magnitude longer than the ${0.4~\mathrm{s}}$ measured for purely spin-blocked states. We also show that the intrinsic Kane-Mele spin-orbit splitting enables a Kramers doublet single-shot readout even at zero magnetic field with a fidelity above ${99\%}$. If these long-lived Kramers states also possess long coherence times and can be effectively manipulated, electrostatically defined QDs in BLG may serve as long-lived semiconductor qubits, extending beyond the spin qubit paradigm.
• Abstract（参考訳）: 内在的なバレー自由度により、二層グラフェン(BLG)は半導体量子ビットの独特なプラットフォームとなる。 単一キャリア量子ドット(QD)基底状態は、クラマーズ対を構成する2つの状態がスピンとバレー量子数を持つ2つの縮退性を示す。 谷依存性のベリー曲率のため、平面外磁場はこの基底状態の時間反転対称性を破り、スピン-バレー部分空間に量子ビットを符号化することができる。 クラーマー状態は、両方の量子数の同時変化を必要とするため、既知のスピンとバレーの混合機構から保護されている。 ここで、ベルナル BLG でチューナブル QD デバイスを作製し、純粋にスピンブロッキングされた状態に対して測定された${0.4~\mathrm{s}} よりも2桁長い${38~\mathrm{s}}$のクラマー状態のスピン-ヴァレー緩和時間を測定する。 また,Ke-Meleスピン軌道分割により,0磁場でもKe-Meleの単発読み出しが可能であり,その忠実度が$=99\%}$を超えることを示す。 これらの長寿命のクラマース状態も長いコヒーレンス時間を持ち、効果的に操作できるなら、BLGの静電的に定義されたQDは、スピン量子ビットパラダイムを超えて長い寿命の半導体量子ビットとして機能する。

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