論文の概要: Hybrid spin-phonon architecture for scalable solid-state quantum nodes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.12938v1
- Date: Thu, 19 Sep 2024 17:49:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-07 12:48:01.359835
- Title: Hybrid spin-phonon architecture for scalable solid-state quantum nodes
- Title（参考訳）: スケーラブルな固体量子ノードのためのハイブリッドスピンフォノンアーキテクチャ
- Authors: Ruoming Peng, Xuntao Wu, Yang Wang, Jixing Zhang, Jianpei Geng, Durga Bhaktavatsala Rao Dasari, Andrew N. Cleland, Jörg Wrachtrup,
- Abstract要約: 固体スピン系は量子情報処理に大きな可能性を秘めている。
固体中のスピンの不均一性は、固体量子系のスケーリングに重大な課題をもたらす。
スピン埋め込みSiC光学結晶(OMC)キャビティに基づくハイブリッドスピンフォノンアーキテクチャを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.791984895580476
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Solid-state spin systems hold great promise for quantum information processing and the construction of quantum networks. However, the considerable inhomogeneity of spins in solids poses a significant challenge to the scaling of solid-state quantum systems. A practical protocol to individually control and entangle spins remains elusive. To this end, we propose a hybrid spin-phonon architecture based on spin-embedded SiC optomechanical crystal (OMC) cavities, which integrates photonic and phononic channels allowing for interactions between multiple spins. With a Raman-facilitated process, the OMC cavities support coupling between the spin and the zero-point motion of the OMC cavity mode reaching 0.57 MHz, facilitating phonon preparation and spin Rabi swap processes. Based on this, we develop a spin-phonon interface that achieves a two-qubit controlled-Z gate with a simulated fidelity of $96.80\%$ and efficiently generates highly entangled Dicke states with over $99\%$ fidelity, by engineering the strongly coupled spin-phonon dark state which is robust against loss from excited state relaxation as well as spectral inhomogeneity of the defect centers. This provides a hybrid platform for exploring spin entanglement with potential scalability and full connectivity in addition to an optical link, and offers a pathway to investigate quantum acoustics in solid-state systems.
- Abstract（参考訳）: 固体スピンシステムは量子情報処理と量子ネットワークの構築に大いに期待できる。
しかし、固体中のスピンのかなりの不均一性は、固体量子系のスケーリングに重大な課題をもたらす。
スピンを個別に制御し、絡み合わせるための実用的なプロトコルは、いまだ解明されていない。
そこで本研究では,スピン埋め込みSiCオプトロメカニカル結晶(OMC)キャビティをベースとしたハイブリッドスピンフォノンアーキテクチャを提案する。
ラマンファシリケートプロセスにより、OMCキャビティはスピンとOMCキャビティモードの零点運動の結合をサポートし、フォノン準備とスピンラビスワッププロセスを促進する。
そこで本研究では,9.80 %の擬似忠実度を持つ2量子制御Zゲートを実現するスピンフォノンインタフェースを開発し,高絡み合いのディック状態を99 %以上の忠実度で効率的に生成し,励起状態緩和による損失と欠陥中心のスペクトル不均一性に頑健な強結合スピンフォノンダークステートを工学的に構築する。
これは、光リンクに加えて、潜在的なスケーラビリティと完全な接続性を備えたスピン絡み合いを探索するためのハイブリッドプラットフォームを提供し、固体系の量子音響を調査するための経路を提供する。
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