論文の概要: Tripartite hybrid quantum systems: Skyrmion-mediated quantum interactions between single NV centers and superconducting qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.00266v1
- Date: Thu, 01 May 2025 03:24:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:55.209576
- Title: Tripartite hybrid quantum systems: Skyrmion-mediated quantum interactions between single NV centers and superconducting qubits
- Title（参考訳）: 三部体ハイブリッド量子系 : 超伝導量子ビットと単一NV中心間のスカイミオンを媒介とする量子相互作用
- Authors: Xue-Feng Pan, Peng-Bo Li,
- Abstract要約: ダイヤモンドと超伝導量子ビットにおける窒素空孔(NV)中心は、量子科学と技術のための2つの有望な固体量子システムである。
本研究では,磁気スカイミオン,NV中心,超伝導量子ビットからなるハイブリッド量子システムを提案し,解析する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.32885740436059047
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond and superconducting qubits are two promising solid-state quantum systems for quantum science and technology, but the realization of controlled interfaces between individual solid-state spins and superconducting qubits remains fundamentally challenging. Here, we propose and analyze a hybrid quantum system consisting of a magnetic skyrmion, an NV center, and a superconducting qubit, where the solid-state qubits are both positioned in proximity to the skyrmion structure in a thin magnetic disk. We show that it is experimentally feasible to achieve strong magnetic (coherent or dissipative) coupling between the NV center and the superconducting qubit by using the \textit{quantized gyration mode of the skyrmion} as an intermediary. This allows coherent information transfer and nonreciprocal responses between the NV center and the superconducting qubit at the single quantum level with high controllability. The proposed platform provides a scalable pathway for implementing quantum protocols that synergistically exploit the complementary advantages of spin-based quantum memories, microwave-frequency superconducting circuits, and topologically protected magnetic excitations.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンドと超伝導量子ビットにおける窒素空孔 (NV) 中心は量子科学と技術のための2つの有望な固体量子システムであるが、個々の固体スピンと超伝導量子ビットの間の制御された界面の実現は基本的には困難である。
本稿では, 磁気スカイミオン, NV中心, 超伝導量子ビットからなるハイブリッド量子系を提案する。
本研究では,NV中心と超伝導量子ビット間の強磁性(コヒーレントまたは散逸性)結合を,スカイミオンの<textit{quantized gyration mode of the skyrmion} を中間体として実現することが実験的に可能であることを示す。
これにより、NV中心と超伝導量子ビットの間のコヒーレントな情報伝達と非相互応答を、高い制御性で単一の量子レベルで実現することができる。
提案プラットフォームは、スピンベースの量子メモリ、マイクロ波超伝導回路、位相的に保護された磁気励起の相補的利点を相乗的に活用する量子プロトコルを実装するためのスケーラブルな経路を提供する。
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