論文の概要: Electrical readout of spins in the absence of spin blockade

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.12888v2
• Date: Tue, 07 Oct 2025 22:28:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 16:41:19.94898
• Title: Electrical readout of spins in the absence of spin blockade
• Title（参考訳）: スピン遮断のないスピンの電気的読み出し
• Authors: Felix-Ekkehard von Horstig, Lorenzo Peri, Virginia N. Ciriano-Tejel, Sylvain Barraud, Jason A. W. Robinson, Monica Benito, Frederico Martins, M. Fernando Gonzalez-Zalba,
• Abstract要約: 半導体ナノ構造では、スピン遮断(SB)は電子スピンの読み出しの最もスケーラブルな機構である。 本稿では,スピン状態の読み出しを行うために,2スピン系の偏光性に依存してエネルギーデチューニングを行う手法を提案する。 本手法は, 強いSOCを受けるシステムにおいて, 高スピン-電荷変換忠実度を有する射影スピン測定を行うのに有効である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8284134189295174
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In semiconductor nanostructures, spin blockade (SB) is the most scalable mechanism for electrical spin readout, requiring only two bound spins for its implementation. In conjunction with charge sensing techniques, SB has led to high-fidelity readout of spins in semiconductor-based quantum processors. However, various mechanisms may lift SB, such as strong spin-orbit coupling (SOC) or low-lying excited states, hence posing challenges to perform spin readout at scale and with high fidelity in such systems. Here, we present a method, based on the dependence of the two-spin system polarizability on energy detuning, to perform spin state readout even when SB lifting mechanisms are dominant. It leverages SB lifting as a resource to detect selectively different spin measurement outcomes. We demonstrate the method using a hybrid system formed by a quantum dot (QD) and a Boron acceptor in a silicon p-type transistor and show spin-selective readout of different spin states under SB lifting conditions due to (i) SOC and (ii) low-lying orbital states in the QD. We further use the method to determine the detuning-dependent spin relaxation time of 0.1 - 8 $\mu$s. Our method should help perform projective spin measurements with high spin-to-charge conversion fidelity in systems subject to strong SOC, will facilitate state leakage detection and enable complete readout of two-spin states.
• Abstract（参考訳）: 半導体ナノ構造において、スピン遮断(スピン遮断、英: spin blockade、SB)は、電子スピンの読み出しにおいて最もスケーラブルな機構であり、その実装には2つの有界スピンしか必要としない。 電荷検出技術とともに、SBは半導体ベースの量子プロセッサにおけるスピンの高忠実な読み出しにつながっている。 しかし、強いスピン軌道カップリング(SOC)や低い励起状態のような様々な機構がSBを持ち上げ、その結果、そのような系ではスピンリードアウトを大規模かつ高い忠実度で行うのが困難である。 本稿では,SB昇降機構が支配的である場合でもスピン状態の読み出しを行うため,2スピン系の偏光性に依存する手法を提案する。 SBリフトを資源として利用し、選択的に異なるスピン測定結果を検出する。 シリコンp型トランジスタにおける量子ドット(QD)とボロンアクセプターによって形成されるハイブリッドシステムを用いて、SB昇降条件下で異なるスピン状態のスピン選択的な読み出しを示す。 (i)SOCおよびSOC (II)QDにおける低軌道状態。 さらに, 脱調依存性のスピン緩和時間 0.1 - 8 $\mu$s を決定するために, この手法を用いる。 本手法は, 強いSOCを受けるシステムにおいて, スピン・電荷変換率の高いプロジェクティブスピン測定を行うことにより, 状態漏洩の検出が容易となり, 2スピン状態の完全読み出しが可能となる。

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