論文の概要: Coherent control of solid-state defect spins via patterned boron-doped diamond circuit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.15586v2
• Date: Sat, 16 Aug 2025 08:48:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-19 14:49:09.740939
• Title: Coherent control of solid-state defect spins via patterned boron-doped diamond circuit
• Title（参考訳）: パターン化ホウ素ドープダイヤモンド回路による固体欠陥スピンのコヒーレント制御
• Authors: Masahiro Ohkuma, Eikichi Kimura, Eunsang Lee, Ryo Matsumoto, Shumpei Ohyama, Saki Tsuchiya, Harim Lim, Yong Soo Lee, Yoshihiko Takano, Junghyun Lee, Keigo Arai,
• Abstract要約: 本研究は, ダイヤモンドにモノリシックに集積した電子回路を用いて窒素空孔(NV)スピンのコヒーレント制御を実証した。 このアプローチは、様々な環境におけるセンシングと情報処理に適した、コンパクトで堅牢で汎用的な量子プラットフォームを新たに構築する道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7795585183645746
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Monolithic integration, which refers to the incorporation of all device functionalities within a single material, shows significant potential for creating scalable solid-state quantum devices. This study demonstrated the coherent control of nitrogen-vacancy (NV) spins using an electronic circuit monolithically integrated within diamond: a patterned, conductive boron-doped diamond (BDD) microwave waveguide. First, we validated the high-frequency performance of the circuit by characterizing its impedance up to the microwave range, confirming its capability for efficient microwave transmission. Then, using this monolithically integrated BDD--NV hybrid system, we performed optically detected magnetic resonance and observed noticeable Rabi oscillations driven by the metallic BDD circuit. Importantly, we verified that the BDD antenna has a minimal detrimental impact on the NV spins; microwave-induced heating is negligible under both pulsed and continuous driving, and the spin relaxation time ($T_1$) remains unperturbed. This approach paves the way for a new class of compact, robust, and versatile quantum platforms suitable for sensing and information processing in various environments.
• Abstract（参考訳）: モノリシック統合(Monolithic integration)は、単一の材料にすべてのデバイス機能を組み込むことを指すもので、スケーラブルなソリッドステート量子デバイスを作成する大きな可能性を示している。 本研究は,電子回路をダイヤモンド内にモノリシックに統合し,窒素空孔(NV)スピンのコヒーレント制御を導電性ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)マイクロ波導波路で実証した。 まず、インピーダンスをマイクロ波範囲まで特性評価し、マイクロ波伝送の効率性を確認することにより、回路の高周波特性を検証した。 そして、このモノリシック集積型BDD-NVハイブリッドシステムを用いて、光学的に検出された磁気共鳴と、金属BDD回路によって駆動される顕著なRabi振動を観測した。 重要なことは、BDDアンテナがNVスピンに最小限の有害影響を与えること、マイクロ波誘起加熱はパルス駆動と連続駆動の両方で無視可能であること、スピン緩和時間(T_1$)は未飽和のままである。 このアプローチは、様々な環境におけるセンシングと情報処理に適した、コンパクトで堅牢で汎用的な量子プラットフォームを新たに構築する道を開く。

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