論文の概要: Scalable universal quantum gates between nitrogen-vacancy centers in levitated nanodiamonds arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.08194v1
• Date: Fri, 11 Apr 2025 01:40:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-14 14:18:31.243037
• Title: Scalable universal quantum gates between nitrogen-vacancy centers in levitated nanodiamonds arrays
• Title（参考訳）: 浮遊ナノダイヤモンドアレイにおける窒素空孔中心間のスケーラブルな普遍量子ゲート
• Authors: Guangyu Zhang, Huaijin Zhang, Zhang-qi Yin,
• Abstract要約: ナノダイヤモンドの窒素空孔(NV)センターは、量子情報処理のための有望なプラットフォームを提供する。 光レビテーションナノダイヤモンドアレイを用いたスケーラブルなアーキテクチャを提案する。 遠方浮遊ナノダイヤモンドのねじりモード間で119kHzを超える光誘起結合強度を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8315801422499863
• License:
• Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers in nanodiamond offer a promising platform for quantum information processing due to their room-temperature spin coherence and optical addressability. However, scalable quantum processors remain limited by the challenge of achieving strong, controllable interactions between distant NV spins. Here, we propose a scalable architecture utilizing optically levitated nanodiamond arrays, where torsional vibrations mediate the coherent coupling between the embedded NV centers. By optimizing the shape of ellipsoidal nanoparticles, we achieve a light-induced coupling strength exceeding 119 kHz between torsional modes of the distant levitated nanodiamonds, which are two orders of magnitude larger than the typical decoherence rates in this system. This strong interaction, combined with magnetic field-enabled spin-torsion coupling, establishes an effective interaction between the spatially separated NV centers in the distant nanodiamonds. Numerical simulations confirm that dynamic decoupling can suppress both thermal noise and spin dephasing, enabling two-qubit gates with fidelity exceeding 99\%. This work provides a foundation for reconfigurable quantum hybrid systems, with potential applications in rotational sensing and programmable quantum processing.
• Abstract（参考訳）: ナノダイヤモンドの窒素空孔(NV)センターは、室温スピンコヒーレンスと光アドレス性のために量子情報処理のための有望なプラットフォームを提供する。 しかし、スケーラブルな量子プロセッサは、遠く離れたNVスピン間の強い制御可能な相互作用を達成するという課題によって制限され続けている。 本稿では,光レビテーションナノダイアモンドアレイを用いたスケーラブルなアーキテクチャを提案する。 楕円形ナノ粒子の形状を最適化することにより, 従来の脱コヒーレンス速度より2桁大きい遠方浮遊ナノダイヤモンドのねじりモード間の光誘起結合強度を119kHz以上達成する。 この強い相互作用と磁場を許容するスピン-ねじれ結合が組み合わさって、遠く離れたナノダイヤモンドにおける空間的に分離されたNV中心間の効果的な相互作用を確立する。 数値シミュレーションにより、動的デカップリングは熱ノイズとスピンデフォーカスの両方を抑えることができ、2量子ゲートが99\%を超えることが確認された。 この研究は、再構成可能な量子ハイブリッドシステムの基礎を提供し、回転センシングとプログラム可能な量子処理に潜在的な応用をもたらす。

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