論文の概要: Sub-second spin and lifetime-limited optical coherences in $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01592v1
• Date: Wed, 02 Apr 2025 10:57:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-03 13:18:08.655848
• Title: Sub-second spin and lifetime-limited optical coherences in $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$
• Title（参考訳）: Yb$^{3+}$:CaWO$_4$におけるサブ秒スピンと寿命制限光コヒーレンス
• Authors: Alexey Tiranov, Emanuel Green, Sophie Hermans, Erin Liu, Federico Chiossi, Diana Serrano, Pascal Loiseau, Achuthan Manoj Kumar, Sylvain Bertaina, Andrei Faraon, Philippe Goldner,
• Abstract要約: 171$Yb$3+$イオンをCaWO$_4$結晶にドープする。 我々は、185MHzの光遷移と放射寿命制限コヒーレンス時間(0.75ms)の細い不均一な拡張を見出した。 これらの結果は量子技術を構築するための低ノイズプラットフォームとしての171$Yb$3+$:CaWO$_4$の可能性を示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Optically addressable solid-state spins have been extensively studied for quantum technologies, offering unique advantages for quantum computing, communication, and sensing. Advancing these applications is generally limited by finding materials that simultaneously provide lifetime-limited optical and long spin coherences. Here, we introduce $^{171}$Yb$^{3+}$ ions doped into a CaWO$_4$ crystal. We perform high-resolution spectroscopy of the excited state, and demonstrate all-optical coherent control of the electron-nuclear spin ensemble. We find narrow inhomogeneous broadening of the optical transitions of 185 MHz and radiative-lifetime-limited coherence time up to 0.75 ms. Next to this, we measure a spin-transition ensemble line width of 5 kHz and electron-nuclear spin coherence time reaching 0.15 seconds at zero magnetic field between 50 mK and 1 K temperatures. These results demonstrate the potential of $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$ as a low-noise platform for building quantum technologies with ensemble-based memories, microwave-to-optical transducers, and optically addressable single-ion spin qubits.
• Abstract（参考訳）: 光処理可能な固体スピンは量子技術のために広く研究され、量子コンピューティング、通信、センシングに特有の利点を提供している。 これらの応用の促進は一般に、寿命制限の光学的および長いスピンコヒーレンスを同時に提供する材料を見つけることで制限される。 ここでは、CaWO$_4$結晶にドープされたYb$^{3+}$イオンを紹介する。 我々は励起状態の高分解能分光を行い、電子核スピンアンサンブルの全光コヒーレント制御を実証する。 次に、5kHzのスピン遷移アンサンブル線幅と、50mKから1Kのゼロ磁場で0.15秒に達する電子核スピンコヒーレンス時間を測定する。 これらの結果は、アンサンブルベースのメモリ、マイクロ波-光変換器、光学的に対応可能な単一イオンスピン量子ビットを持つ量子技術を構築するための低ノイズプラットフォームとして、$^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$の可能性を示している。

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