論文の概要: Multiple-Noise-Resilient Nonadiabatic Geometric Quantum Control of Solid-State Spins in Diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.12221v1
• Date: Sun, 17 Aug 2025 03:32:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-19 14:49:10.62276
• Title: Multiple-Noise-Resilient Nonadiabatic Geometric Quantum Control of Solid-State Spins in Diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の固体スピンの多雑音非線形幾何量子制御
• Authors: Si-Qi Chen, Qi-Tao Duan, Chengxian Zhang, He Lu,
• Abstract要約: 我々は, 従来の動的ゲートを頑健性とコヒーレンスの両方で著しく改善できる, 実験フレンドリーなマルチノイズ弾性非線形量子ゲート(MNR-NGQG)を実験的に報告した。 実験的に実現可能な設計と、ハードウェア要件の緩和により、我々の研究は、NVセンターシステムで高忠実度量子制御を実現するためのしっかりとしたパラダイムを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3042896679688085
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Reliable and robust control lies at the core of implementing quantum information processing with diamond nitrogen-vacancy (NV) centers. However, control pulses inevitably introduce multiple errors, leading to decoherence and hindering scalable applications. Here, we experimentally report an experiment-friendly multiple-noise-resilient nonadiabatic geometric quantum gate~(MNR-NGQG) that can significantly improve conventional dynamical gate in both robustness and coherence. Notably, even when the detuning fluctuation range is comparable to the maximum Rabi frequency, the single-qubit gate performance of the MNR-NGQG remains almost unchanged. Besides, the coherence time of the electron spin is significantly extended to 690 $\pm$ 30 $ \mu$s, 3.5 times that of the naive dynamical counterpart. As a result, the fidelity of single-qubit gates reaches 0.9992(1), as characterized by quantum process tomography. With its experimentally feasible design and relaxed hardware requirements, our work offers a solid paradigm for achieving high-fidelity quantum control in NV center system, paving the way for practical applications in quantum information science.
• Abstract（参考訳）: 信頼性が高く堅牢な制御は、ダイヤモンド窒素空孔(NV)中心による量子情報処理の実装の核心にある。 しかし、制御パルスは必然的に複数のエラーを発生させ、デコヒーレンスとスケーラブルなアプリケーションを妨げる。 本稿では、従来の動的ゲートを頑健性とコヒーレンスの両方で大幅に改善できる実験用マルチノイズレジリエントな非線形量子ゲート~(MNR-NGQG)を実験的に報告する。 特に、遅延変動範囲が最大Rabi周波数に匹敵する場合でも、MNR-NGQGの単一ビットゲート性能はほぼ変化しない。 さらに、電子スピンのコヒーレンス時間は690$\pm$30$ \mu$sに大きく拡張される。 その結果、単一量子ビットゲートの忠実度は0.9992(1)に達し、量子プロセストモグラフィーによって特徴づけられる。 実験的に実現可能な設計と緩和されたハードウェア要件により、我々の研究は、NVセンターシステムで高忠実度量子制御を実現するためのしっかりとしたパラダイムを提供し、量子情報科学における実践的な応用の道を開いた。

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