論文の概要: Toward Axion Signal Extraction in Semiconductor Spin Qubits Via Spectral Engineering

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06791v1
• Date: Mon, 08 Sep 2025 15:22:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:04.211657
• Title: Toward Axion Signal Extraction in Semiconductor Spin Qubits Via Spectral Engineering
• Title（参考訳）: 分光工学による半導体スピン量子の軸信号抽出に向けて
• Authors: Xiangjun Tan, Zhanning Wang,
• Abstract要約: 半導体量子ドットスピン量子ビットを量子色力学軸、より広義には粒子(ALP)のような軸を探すためのプラットフォームとして用いる可能性を探る。 デバイスにおける帯電ノイズと環境騒音を抑制するため,まず帯電ノイズスペクトルを分析し,専用のフィルタ・ノイズ低減プロトコルを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent advances in quantum sensing and computational technologies indicate the possibility of improving the precision of measurements aimed at detecting cosmological particles and weakly interacting massive particles using various qubit platforms. While recent progress has been made, mitigating environmental noise remains a challenge in extracting particle parameters with high fidelity. Addressing these challenges requires efforts on two levels. At the device level, the qubit and its array acting as a probe, must be isolated from electrical and magnetic noise through optimized device geometry. At the signal-processing level, it is necessary to develop filtering methods targeting specific noise spectra based on different qubit architectures. In this work, we explore the possibility of using semiconductor quantum dot spin qubits as a platform to search for quantum chromodynamics axions and, more broadly, axion like particles (ALPs). Starting by deriving an effective Hamiltonian for electron-axion interactions, we identify an axion-induced effective magnetic field and determine the characteristic axion oscillation frequency. To suppress charge noise in the devices and environmental noise, we first analyze the charge noise spectrum and then develop a dedicated filtering and noise-reduction protocol, paving the way for exploring feasible axion mass ranges. Our preliminary study holds promise for enhancing the screening of various axion signals using quantum technologies. We expect that our analysis and filtering protocol can help advance the use of semiconductor quantum dot spin qubit arrays in axion detection.
• Abstract（参考訳）: 近年の量子センシングと計算技術の進歩は、宇宙粒子の検出と様々な量子ビットプラットフォームを用いた大規模粒子の弱い相互作用を目的とした測定精度の向上の可能性を示している。 近年, 環境騒音の低減は粒子パラメータを高忠実度で抽出する上での課題である。 これらの課題に対処するには、2つのレベルへの取り組みが必要です。 デバイスレベルでは、クビットとそのアレイがプローブとして機能し、最適化されたデバイス形状によって電気的および磁気的ノイズから分離されなければならない。 信号処理レベルでは、異なるキュービットアーキテクチャに基づいて特定の雑音スペクトルを対象とするフィルタリング手法を開発する必要がある。 本研究では、半導体量子ドットスピン量子ビットを量子色力学軸、より広義には粒子のような軸(ALP)を探すためのプラットフォームとして用いる可能性を探る。 電子-アキシオン相互作用に有効なハミルトニアンを導出することから始め、アキシオン誘起の有効磁場を特定し、特徴的なアキシオン振動周波数を決定する。 デバイスにおける電荷ノイズと環境騒音を抑制するため、まず電荷ノイズスペクトルを分析し、続いて専用のフィルタリング・ノイズ低減プロトコルを開発し、実現可能なアクシオン質量範囲を探索する方法を編み出した。 予備研究は、量子技術を用いて様々な軸索信号のスクリーニングを強化することを約束する。 我々は, 半導体量子ドットスピン量子ビットアレイを軸検出に活用することで, 分析・フィルタリングプロトコルの進歩を期待する。

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