論文の概要: Optical single-shot readout of spin qubits in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.05351v1
• Date: Wed, 8 May 2024 18:30:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-10 14:52:18.632936
• Title: Optical single-shot readout of spin qubits in silicon
• Title（参考訳）: シリコン中のスピン量子ビットの光単発読み出し
• Authors: Andreas Gritsch, Alexander Ulanowski, Jakob Pforr, Andreas Reiserer,
• Abstract要約: シリコンナノファブリケーションは、統合とアップスケーリングにユニークな利点を提供する。 小さなスピン量子レジスタは誤り訂正しきい値を超えており、大きな量子コンピュータとの接続は顕著な課題である。 ナノフォトニック共振器におけるエルビウムドーパントをベースとした高効率スピン光子インタフェースを実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.94295877935867
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The digital revolution was enabled by nanostructured devices made from silicon. A similar prominence of this material is anticipated in the upcoming quantum era as the unrivalled maturity of silicon nanofabrication offers unique advantages for integration and up-scaling, while its favorable material properties facilitate quantum memories with hour-long coherence. While small spin-qubit registers have exceeded error-correction thresholds, their connection to large quantum computers is an outstanding challenge. To this end, spin qubits with optical interfaces offer key advantages: they can minimize the heat load and give access to modular quantum computing architectures that eliminate cross-talk and offer a large connectivity via room-temperature photon routing. Here, we implement such an efficient spin-photon interface based on erbium dopants in a nanophotonic resonator. We thus demonstrate optical single-shot readout of a spin in silicon whose coherence exceeds the Purcell-enhanced optical lifetime, paving the way for entangling remote spins via photon interference. As erbium dopants can emit coherent photons in the minimal-loss band of optical fibers, and tens of such qubits can be spectrally multiplexed in each resonator, the demonstrated hardware platform offers unique promise for distributed quantum information processing and the implementation of a quantum internet based on integrated silicon devices.
• Abstract（参考訳）: デジタル革命はシリコン製のナノ構造デバイスによって実現された。 シリコンナノファブリケーションの未熟な成熟は統合とアップスケーリングに独特な利点をもたらすが、その好ましい材料特性は1時間長のコヒーレンスを持つ量子メモリを促進する。 小さなスピン量子レジスタは誤り訂正しきい値を超えたが、大きな量子コンピュータとの接続は顕著な課題である。 この目的のために、光インターフェースを持つスピン量子ビットは、熱負荷を最小限に抑え、クロストークを排除し、室温光子ルーティングによる大きな接続を提供するモジュラー量子コンピューティングアーキテクチャへのアクセスを可能にする。 そこで我々は,ナノフォトニック共振器のエルビウムドーパントをベースとした,このような効率的なスピン光子インタフェースを実装した。 これにより、光子干渉による遠方スピンの絡み合いを解消し、パーセルの光寿命を超えるシリコン中のスピンの光単発読み出しを実演する。 エルビウムドーパントは、光ファイバーの最小損失帯域でコヒーレント光子を放出することができ、各共振器に数十個の量子ビットをスペクトル多重化することができるため、実証されたハードウェアプラットフォームは、分散量子情報処理と集積シリコンデバイスに基づく量子インターネットの実装にユニークな約束を提供する。

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