論文の概要: Creation and manipulation of Schrödinger cat states of a nuclear spin qudit in silicon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.15494v1
- Date: Fri, 24 May 2024 12:22:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-27 14:32:33.199165
- Title: Creation and manipulation of Schrödinger cat states of a nuclear spin qudit in silicon
- Title（参考訳）: シリコン中の核スピンキュディットのシュレーディンガー猫状態の生成と操作
- Authors: Xi Yu, Benjamin Wilhelm, Danielle Holmes, Arjen Vaartjes, Daniel Schwienbacher, Martin Nurizzo, Anders Kringhøj, Mark R. van Blankenstein, Alexander M. Jakob, Pragati Gupta, Fay E. Hudson, Kohei M. Itoh, Riley J. Murray, Robin Blume-Kohout, Thaddeus D. Ladd, Andrew S. Dzurak, Barry C. Sanders, David N. Jamieson, Andrea Morello,
- Abstract要約: 単一アンチモン原子のスピン-7/2核を用いたSchr"odinger cat状態の生成と操作について述べる。
その結果,非古典的資源状態の高忠実度化と単一原子スケール物体の論理制御が示された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.4073170440133
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: High-dimensional quantum systems are a valuable resource for quantum information processing. They can be used to encode error-correctable logical qubits, for instance in continuous-variable states of oscillators such as microwave cavities or the motional modes of trapped ions. Powerful encodings include 'Schr\"odinger cat' states, superpositions of widely displaced coherent states, which also embody the challenge of quantum effects at the large scale. Alternatively, recent proposals suggest encoding logical qubits in high-spin atomic nuclei, which can host hardware-efficient versions of continuous-variable codes on a finite-dimensional system. Here we demonstrate the creation and manipulation of Schr\"odinger cat states using the spin-7/2 nucleus of a single antimony ($^{123}$Sb) atom, embedded and operated within a silicon nanoelectronic device. We use a coherent multi-frequency control scheme to produce spin rotations that preserve the SU(2) symmetry of the qudit, and constitute logical Pauli operations for logical qubits encoded in the Schr\"odinger cat states. The Wigner function of the cat states exhibits parity oscillations with a contrast up to 0.982(5), and state fidelities up to 0.913(2). These results demonstrate high-fidelity preparation of nonclassical resource states and logical control in a single atomic-scale object, opening up applications in quantum information processing and quantum error correction within a scalable, manufacturable semiconductor platform.
- Abstract（参考訳）: 高次元量子システムは、量子情報処理の貴重な資源である。
例えばマイクロ波キャビティや閉じ込められたイオンの運動モードのような振動子の連続可変状態において、誤り訂正可能な論理量子ビットを符号化することができる。
強力なエンコーディングには 'Schr\"odinger cat' 状態、広範に置換されたコヒーレントな状態の重ね合わせがあり、大規模な量子効果の挑戦を具現化している。
あるいは、最近の提案では、有限次元システム上で連続可変符号のハードウェア効率の良いバージョンをホストできる高スピン原子核における論理量子ビットの符号化を提案する。
ここでは、単一アンチモン(^{123}$Sb)原子のスピン7/2原子を用いて、シリコンナノエレクトロニクスデバイスに埋め込まれ、操作されるシュリンガー猫状態の生成と操作を実証する。
我々は、コヒーレントな多周波制御スキームを用いて、キューディットのSU(2)対称性を保ったスピン回転を生成し、シュリンガー猫状態に符号化された論理量子ビットに対する論理的パウリ演算を構成する。
猫状態のウィグナー関数は、0.982(5)までのコントラストと0.913(2)までの状態忠実度でパリティ振動を示す。
これらの結果は、量子情報処理と量子誤り訂正の応用をスケーラブルで製造可能な半導体プラットフォームに開放し、非古典的資源状態の高忠実化と1つの原子スケールオブジェクトにおける論理制御を実証する。
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