論文の概要: True decoherence-free-subspace derived from a semiconductor double quantum dot Heisenberg spin-trimer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.19683v1
• Date: Sun, 29 Sep 2024 12:13:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-01 22:02:19.969321
• Title: True decoherence-free-subspace derived from a semiconductor double quantum dot Heisenberg spin-trimer
• Title（参考訳）: 半導体二重量子ドットHeisenbergスピントリマーから導出される真のデコヒーレンス自由部分空間
• Authors: Wonjin Jang, Jehyun Kim, Jaemin Park, Min-Kyun Cho, Hyeongyu Jang, Sangwoo Sim, Hwanchul Jung, Vladimir Umansky, Dohun Kim,
• Abstract要約: 脱コヒーレンスフリーサブスペース(DFS)に符号化されたスピン量子ビットは、特定の環境騒音から保護することができる。 我々は反強磁性ハイゼンベルクスピン-1/2トリマーから「真の」DFSを導出した。 我々の発見は交換結合量子ドットスピン鎖のコンパクトDFS構造への道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Spins in solid systems can inherently serve as qubits for quantum simulation or quantum information processing. Spin qubits are usually prone to environmental magnetic field fluctuations; however, a spin qubit encoded in a decoherence-free-subspace (DFS) can be protected from certain degrees of environmental noise depending on the specific structure of the DFS. Here, we derive the "true" DFS from an antiferromagnetic Heisenberg spin-1/2 trimer, which protects the qubit states against both short- and long-wavelength magnetic field fluctuations. We define the spin trimer with three electrons confined in a gate-defined GaAs double quantum dot (DQD) where we exploit Wigner-molecularization in one of the quantum dots. We first utilize the trimer for dynamic nuclear polarization (DNP), which generates a sizable magnetic field difference, $\Delta B_\mathrm{z}$, within the DQD. We show that large $\Delta B_\mathrm{z}$ significantly alters the eigenspectrum of the trimer and results in the "true" DFS in the DQD. Real-time Bayesian estimation of the DFS energy gap explicitly demonstrates protection of the DFS against short-wavelength magnetic field fluctuations in addition to long-wavelength ones. Our findings pave the way toward compact DFS structures for exchange-coupled quantum dot spin chains, the internal structure of which can be coherently controlled completely decoupled from environmental magnetic fields.
• Abstract（参考訳）: 固体系のスピンは本質的に量子シミュレーションや量子情報処理の量子ビットとして機能する。 スピン量子ビットは通常、環境磁場のゆらぎに起因するが、デコヒーレンスフリーサブスペース(DFS)に符号化されたスピン量子ビットは、DFSの特定の構造に依存する特定の環境ノイズから保護することができる。 ここでは、反強磁性ハイゼンベルクスピン-1/2トリマーから「真の」DFSを導出し、短波長および長波長の磁場変動に対して量子状態を保護する。 3つの電子をゲート定義のGaAs二重量子ドット(DQD)に閉じ込めたスピントリマーを定義し、量子ドットの1つでウィグナー分子化を利用する。 まず、DQD内において、大きな磁場差である$\Delta B_\mathrm{z}$を生成する動的核偏極(DNP)をトリマーとして利用する。 大型の$\Delta B_\mathrm{z}$はトリマーの固有スペクトルを著しく変化させ、DQDの「真の」DFSをもたらすことを示す。 DFSエネルギーギャップのリアルタイムベイズ推定は、長波長のものに加えて短波長の磁場変動に対するDFSの保護を明示的に示している。 我々の研究は、交換結合型量子ドットスピン鎖のコンパクトDFS構造への道を開いた。

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