論文の概要: Coherent control of interacting solid-state spins below the diffraction limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.09122v2
• Date: Wed, 13 Aug 2025 01:41:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-14 11:55:47.631642
• Title: Coherent control of interacting solid-state spins below the diffraction limit
• Title（参考訳）: 回折限界以下の相互作用する固体スピンのコヒーレント制御
• Authors: Haitong Xu, Mehmet T. Uysal, Lukasz Dusanowski, Adam Turflinger, Ashwin K. Boddeti, Joseph Alexander, Jeff D. Thompson,
• Abstract要約: 固体中の光学的に処理された原子欠陥は、量子ネットワークアプリケーションのための単一光子源および記憶として広く利用されている。 希土類イオンは、その細い均一な光線幅が多数のエミッタの周波数領域分解を可能にするため、ユニークな解を提供する。 相互作用するEr$3+$イオン対のコヒーレント光とスピン制御と、近くの核スピン・アンシラを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.605718573143196
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optically addressed atomic defects in the solid-state are widely used as single-photon sources and memories for quantum network applications. The solid-state environment allows for a high density of electron and nuclear spins with the potential to form registers for coherent information processing. However, it is challenging to reliably address individual spins at nanometer separations where interactions are large. Rare-earth ions offer a unique solution, as their narrow homogeneous optical linewidth allows frequency-domain resolution of a large number of emitters without regard to their spatial separation. In this work, we realize coherent optical and spin control of a pair of interacting Er$^{3+}$ ions, together with a nearby nuclear spin ancilla. We demonstrate two-qubit electron-electron gates and use them to perform repeated quantum non-demolition measurements on one of the Er$^{3+}$ ions. We also demonstrate electron-nuclear gates to allow coherent storage and retrieval of qubit information in a nuclear spin, and show that the nuclear spin coherence survives readout of the electron spin. These techniques can be readily scaled to larger numbers of electron and nuclear spins, paving the way for massively multiplexed quantum network nodes.
• Abstract（参考訳）: 固体中の光学的に処理された原子欠陥は、量子ネットワークアプリケーションのための単一光子源および記憶として広く利用されている。 固体環境は、コヒーレントな情報処理のためのレジスタを形成するポテンシャルを持つ電子と核スピンの高密度化を可能にする。 しかし、相互作用が大きいナノメートルの分離において、個々のスピンに確実に対処することは困難である。 希土類イオンは、その細い均一な光線幅によって、空間的分離を伴わずに多数のエミッタの周波数領域分解が可能であるため、ユニークな解を提供する。 本研究では、Er$^{3+}=イオン対の光とスピンのコヒーレントな制御と、近くの核スピン・アンシラとの相互作用を実現する。 2量子電子ゲートを実証し、Er$^{3+}$イオンの1つで繰り返し量子非破壊測定を行う。 我々はまた、核スピン内のクビット情報のコヒーレント保存と検索を可能にする電子核ゲートを実証し、核スピンコヒーレンスが電子スピンの読み出しを生き残ることを示す。 これらの技術は、多数の電子と核スピンに容易に拡張することができ、大規模に多重化された量子ネットワークノードへの道を開くことができる。

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