論文の概要: Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.08977v2
• Date: Mon, 23 Sep 2024 15:53:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-07 21:09:04.507133
• Title: Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2
• Title（参考訳）: 電子スピン1/2を用いた固体核スピン量子ビットの制御
• Authors: Hans K. C. Beukers, Christopher Waas, Matteo Pasini, Hendrik B. van Ommen, Zarije Ademi, Mariagrazia Iuliano, Nina Codreanu, Julia M. Brevoord, Tim Turan, Tim H. Taminiau, Ronald Hanson,
• Abstract要約: 電子スピン1/2による単一核スピンの制御を動的に分離した高周波ゲートを用いて改善した。 我々の研究は、電子スピン1/2系における核スピン制御の課題と機会に関する重要な洞察を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Solid-state quantum registers consisting of optically active electron spins with nearby nuclear spins are promising building blocks for future quantum technologies. For electron spin-1 registers, dynamical decoupling (DD) quantum gates have been developed that enable the precise control of multiple nuclear spin qubits. However, for the important class of electron spin-1/2 systems, this control method suffers from intrinsic selectivity limitations, resulting in reduced nuclear spin gate fidelities. Here we demonstrate improved control of single nuclear spins by an electron spin-1/2 using Dynamically Decoupled Radio Frequency (DDRF) gates. We make use of the electron spin-1/2 of a diamond tin-vacancy center, showing high-fidelity single-qubit gates, single-shot readout, and spin coherence beyond a millisecond. The DD control is used as a benchmark to observe and control a single carbon-13 nuclear spin. Using the DDRF control method, we demonstrate improved control on that spin. In addition, we find and control an additional nuclear spin that is insensitive to the DD control method. Using these DDRF gates, we show entanglement between the electron and the nuclear spin with 72(3)% state fidelity. Our extensive simulations indicate that DDRF gate fidelities well in excess are feasible. Finally, we employ time-resolved photon detection during readout to quantify the hyperfine coupling for the electron's optically excited state. Our work provides key insights into the challenges and opportunities for nuclear spin control in electron spin-1/2 systems, opening the door to multi-qubit experiments on these promising qubit platforms.
• Abstract（参考訳）: 近くにある核スピンを持つ光学活性電子スピンからなる固体量子レジスタは、将来の量子技術のためのブロックの構築を約束している。 電子スピン-1レジスタでは、複数の核スピン量子ビットの正確な制御を可能にする動的デカップリング(DD)量子ゲートが開発された。 しかし、電子スピン1/2系の重要なクラスでは、この制御法は固有の選択性制限に悩まされ、核スピンゲートの密度が低下する。 ここでは、動的デカップリング電波周波数(DDRF)ゲートを用いた電子スピン1/2による単一核スピンの制御の改善を示す。 ダイヤモンドスズ空孔中心の電子スピン1/2を用いて、高忠実度単一量子ゲート、シングルショットリードアウト、スピンコヒーレンスをミリ秒以上で示す。 DD制御は、1つの炭素13核スピンを観測し、制御するためのベンチマークとして使用される。 DDRF制御法を用いて,そのスピンの制御性の向上を実証した。 さらに、DD制御法に敏感な追加の核スピンを発見し、制御する。 これらのDDRFゲートを用いて、状態密度72(3)%の電子と核スピンの絡み合いを示す。 シミュレーションの結果,DDRFゲートの忠実度が極めて高いことが示唆された。 最後に、電子の光励起状態の超微細結合を定量化するために、読み出し中に時間分解光子検出を用いる。 我々の研究は、電子スピン1/2系における核スピン制御の課題と機会に関する重要な洞察を与え、これらの有望な量子ビットプラットフォーム上でのマルチキュービット実験への扉を開く。

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