論文の概要: Slit-loaded coplanar waveguide for color-center spin qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.16128v1
- Date: Thu, 19 Jun 2025 08:26:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-23 19:00:04.996979
- Title: Slit-loaded coplanar waveguide for color-center spin qubits
- Title（参考訳）: 色中心スピン量子ビットのためのスリット装荷コプラナー導波路
- Authors: Haruko Toyama, Kosuke Tahara, Taro Ikeda, Hiroya Tanaka, Atsushi Miura, Shin-ichi Tamura, Maria Emma Villamin, Toshinori Numata, Naotaka Iwata, Yuichi Yamazaki, Takeshi Ohshima, Katsuhiro Kutsuki, Hideo Iizuka,
- Abstract要約: 色中心のスピン量子ビットは、量子センシング、通信、情報処理のために広く研究されている。
レーザーとマイクロ波の両方を小さなフットプリントマイクロ波導波路やアンテナを使って色中心に効果的に照射することは困難である。
信号線に細いスリットを持つ小型コプラナー導波路を導入することにより、レーザーとマイクロ波の両方を効果的に照射できることを実験的に示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.118338843286328
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The spin qubits of color centers are extensively investigated for quantum sensing, communication, and information processing, with their states generally controlled using lasers and microwaves. However, it is challenging to effectively irradiate both lasers and microwaves onto color centers using small footprint microwave waveguides or antennas that are compatible with semiconductor devices. We experimentally show that by introducing a compact coplanar waveguide with a thin slit in its signal line, effective irradiation of both lasers and microwaves is enabled, allowing spin-state control of color centers created around the slit. Microwave magnetic fields parallel to the surface, intrinsically generated by a standard coplanar waveguide, persist even after loading the slit, which is necessary to control the color centers whose spin quantization axes are oriented perpendicular to the surface, while laser light for the initialization and readout of spin states can access the color centers through the slit. Continuous and pulsed optically detected magnetic resonance measurements are performed for the silicon vacancies ($\mathrm{V_{Si}}$) in silicon carbide 4H-SiC(0001). Experimental results indicate that the spin states of $\mathrm{V_{Si}}$ are effectively controlled by the microwave magnetic fields parallel to the surface, which agrees with numerical results from electromagnetic field simulations. Our small footprint waveguide is suitable for integrating color-center-based quantum sensors into semiconductor electronic devices and other small-scale systems.
- Abstract（参考訳）: 色中心のスピン量子ビットは、量子センシング、通信、情報処理のために広く研究されており、その状態は一般にレーザーやマイクロ波を用いて制御されている。
しかし、半導体デバイスと互換性のある小型フットプリントマイクロ波導波路やアンテナを用いて、レーザーとマイクロ波の両方をカラーセンターに効果的に照射することは困難である。
信号線に細いスリットを持つ小型コプラナー導波路を導入することにより、レーザとマイクロ波の両方を効果的に照射することができ、スリット周辺で生成した色中心のスピン状態制御を可能にすることを実験的に示す。
標準コプラナー導波路によって本質的に発生する表面と平行なマイクロ波磁場はスリットを装填した後でも持続し、スピン量子化軸が表面に垂直な色中心を制御するのに必要なものであり、スピン状態の初期化および読み出しのためのレーザー光はスリットを介して色中心にアクセスすることができる。
炭化ケイ素4H-SiC(0001)のシリコン空孔(\mathrm{V_{Si}}$)に対する連続およびパルス光検出磁気共鳴測定を行った。
実験結果から、$\mathrm{V_{Si}}$のスピン状態は、表面と平行なマイクロ波磁場によって効果的に制御され、電磁場シミュレーションの数値結果と一致することが示唆された。
我々の小型フットプリント導波路は、半導体電子デバイスや他の小規模システムにカラーセンタベースの量子センサを統合するのに適している。
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