論文の概要: Observation of the acoustic Purcell effect with a color-center and a nanomechanical resonator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.09946v2
• Date: Fri, 21 Mar 2025 12:20:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-24 14:52:29.486818
• Title: Observation of the acoustic Purcell effect with a color-center and a nanomechanical resonator
• Title（参考訳）: 色中心とナノメカニカル共振器による音響パーセル効果の観測
• Authors: Graham Joe, Michael Haas, Kazuhiro Kuruma, Chang Jin, Dongyeon Daniel Kang, Sophie Ding, Cleaven Chia, Hana Warner, Benjamin Pingault, Bartholomeus Machielse, Srujan Meesala, Marko Loncar,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の色中心スピン量子ビットの周囲にナノメカニカル共振器を構築する。 スピン量子ビットを12GHzのアコースティックモードで共振させると10倍高速スピン緩和が観測される。 私たちの研究は、固体の量子欠陥に対する新しい制御体制を確立します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5976529711964845
• License:
• Abstract: The radiative properties of atoms are inherently linked to their surrounding environment. Placing an electromagnetic resonator around atoms can enhance spontaneous emission, as shown by Purcell in the 1940s. This approach is now routinely used in quantum computing and communication to channel photons emitted by atoms into well-defined modes and control atom-photon interactions. For solid-state artificial atoms, such as color-centers, the host lattice introduces an acoustic environment, allowing excited atoms to relax by emitting phonons. Here we observe the acoustic Purcell effect by constructing a specially engineered, microwave-frequency nanomechanical resonator around a color-center spin qubit in diamond. Using a co-localized optical mode of the structure that strongly couples to the color-center's excited state, we perform single-photon-level laser spectroscopy at milliKelvin temperatures and observe ten-fold faster spin relaxation when the spin qubit is tuned into resonance with a 12 GHz acoustic mode. Additionally, we use the color-center as an atomic-scale probe to measure the broadband phonon spectrum of the nanostructure up to a frequency of 28 GHz. Our work establishes a new regime of control for quantum defects in solids and paves the way for interconnects between atomic-scale quantum memories and qubits encoded in acoustic and superconducting devices.
• Abstract（参考訳）: 原子の放射特性は、その周囲の環境と本質的に関連している。 1940年代にPurcellが示したように、原子に電磁共振器を配置することで自然放出が促進される。 このアプローチは現在、量子コンピューティングや通信において、原子から放出される光子を適切に定義されたモードに流し、原子-光子相互作用を制御するために日常的に使われている。 色中心のような固体人工原子では、ホスト格子は音響環境を導入し、フォノンを放出することで励起原子をリラックスさせる。 ここでは、ダイヤモンド中の色中心スピン量子ビットの周囲にマイクロ波ナノメカニカル共振器を特別に設計し、音響的パーセル効果を観察する。 色中心の励起状態に強く結合する構造体の共局在光学モードを用いて、ミリケルビン温度で単光子レベルレーザー分光を行い、スピン量子ビットが12GHzの音響モードと共振するときに10倍速いスピン緩和を観測する。 さらに、色中心を原子スケールプローブとして、28GHzの周波数までナノ構造のブロードバンドフォノンスペクトルを測定する。 我々の研究は、固体中の量子欠陥の新たな制御体制を確立し、原子スケールの量子メモリと音響および超伝導デバイスで符号化された量子ビット間の相互接続の道を開く。

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