論文の概要: Quantum sensing with duplex qubits of silicon vacancy centers in SiC at room temperature

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.10208v1
• Date: Fri, 15 Nov 2024 14:13:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-18 15:37:19.460037
• Title: Quantum sensing with duplex qubits of silicon vacancy centers in SiC at room temperature
• Title（参考訳）: SiCの常温におけるシリコン空孔中心の2重量子ビットによる量子センシング
• Authors: Kosuke Tahara, Shin-ichi Tamura, Haruko Toyama, Jotaro J. Nakane, Katsuhiro Kutsuki, Yuichi Yamazaki, Takeshi Ohshima,
• Abstract要約: ケイ素炭化ケイ素(SiC)のシリコン空孔中心は、スピン$frac32$電子状態の室温で光学的に対応可能な量子ビットを提供する。 2つの共振周波数を持つマイクロ波パルスを用いて、クォーテットの二重量子ビット演算に基づくセンシング手法を提案し、同時に$left |+3/2rangle, |+1/2rangle right$と$left |-1/2rangle, |-3/2rangle right$を演算する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8218298349840023
• License:
• Abstract: The silicon vacancy center in Silicon Carbide (SiC) provides an optically addressable qubit at room temperature in its spin-$\frac{3}{2}$ electronic state. However, optical spin initialization and readout are less efficient compared to those of spin-1 systems, such as nitrogen-vacancy centers in diamond, under non-resonant optical excitation. Spin-dependent fluorescence exhibits contrast only between $|m=\pm 3/2\rangle$ and $|m=\pm 1/2\rangle$ states, and optical pumping does not create a population difference between $|+1/2\rangle$ and $|-1/2\rangle$ states. Thus, operating one qubit (e.g., $\left\{|+3/2\rangle, |+1/2\rangle \right\}$ states) leaves the population in the remaining state ($|-1/2\rangle$) unaffected, contributing to background in optical readout. To mitigate this problem, we propose a sensing scheme based on duplex qubit operation in the quartet, using microwave pulses with two resonant frequencies to simultaneously operate $\left\{ |+3/2\rangle, |+1/2\rangle \right\}$ and $\left\{ |-1/2\rangle, |-3/2\rangle \right\}$. Experimental results demonstrate that this approach doubles signal contrast in optical readout and improves sensitivity in AC magnetometry compared to simplex operation.
• Abstract（参考訳）: ケイ素炭化ケイ素(SiC)のシリコン空孔中心は、スピン-$\frac{3}{2}$電子状態の室温で光学的に対応可能な量子ビットを提供する。 しかし、光スピンの初期化と読み出しは、非共鳴光励起下でのダイヤモンド中の窒素空孔中心のようなスピン-1系よりも効率が良くない。 スピン依存蛍光は、$|m=\pm 3/2\rangle$と$|m=\pm 1/2\rangle$状態の間のコントラストしか示さず、光ポンピングは、$|+1/2\rangle$と$|-1/2\rangle$状態間の人口差を生じさせない。 したがって、1つのqubit (e g , $\left\{|+3/2\rangle, |+1/2\rangle \right\}$ state) を操作すると、残りの状態 (|-1/2\rangle$) は影響を受けず、光学的読み出しの背景に寄与する。 この問題を緩和するために,2つの共振周波数を持つマイクロ波パルスを用いたクォーテットの二重量子ビット演算に基づくセンシング手法を提案し,同時に$\left\{ |+3/2\rangle, |+1/2\rangle \right\}$と$\left\{ |-1/2\rangle, |-3/2\rangle \right\}$を演算する。 実験により,光信号のコントラストが2倍になり,交流磁力計の感度が単純な操作に比べて向上することが確認された。

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