論文の概要: Coherent Control of Quantum-Dot Spins with Cyclic Optical Transitions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.14445v1
• Date: Wed, 17 Sep 2025 21:37:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-19 17:26:52.983073
• Title: Coherent Control of Quantum-Dot Spins with Cyclic Optical Transitions
• Title（参考訳）: 周期光遷移による量子ドットスピンのコヒーレント制御
• Authors: Zhe Xian Koong, Urs Haeusler, Jan M. Kaspari, Christian Schimpf, Benyam Dejen, Ahmed M. Hassanen, Daniel Graham, Ailton J. Garcia Jr., Melina Peter, Edmund Clarke, Maxime Hugues, Armando Rastelli, Doris E. Reiter, Mete Atatüre, Dorian A. Gangloff,
• Abstract要約: 固体スピンは、量子通信技術のための静止量子ビットから単一光子へのインタフェースとして期待されている。 核量子メモリの動作と互換性があることが示される。 本手法は, 単一ショット読み出し, フォトニッククラスタ状態生成, 量子リピータ技術において必要となる, 量子ビット制御とともに, 識別不能光子の繰り返し放出を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1213707023442356
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solid-state spins are promising as interfaces from stationary qubits to single photons for quantum communication technologies. Semiconductor quantum dots have excellent optical coherence, exhibit near unity collection efficiencies when coupled to photonic structures, and possess long-lived spins for quantum memory. However, the incompatibility of performing optical spin control and single-shot readout simultaneously has been a challenge faced by almost all solid-state emitters. To overcome this, we leverage light-hole mixing to realize a highly asymmetric lambda system in a negatively charged heavy hole exciton in Faraday configuration. By compensating GHz-scale differential Stark shifts, induced by unequal coupling to Raman control fields, and by performing nuclear-spin cooling, we achieve quantum control of an electron-spin qubit with a $\pi$-pulse contrast of 97.4% while preserving spin-selective optical transitions with a cyclicity of 409. We demonstrate this scheme for both GaAs and InGaAs quantum dots, and show that it is compatible with the operation of a nuclear quantum memory. Our approach thus enables repeated emission of indistinguishable photons together with qubit control, as required for single-shot readout, photonic cluster-state generation, and quantum repeater technologies.
• Abstract（参考訳）: 固体スピンは、量子通信技術のための静止量子ビットから単一光子へのインタフェースとして期待されている。 半導体量子ドットは優れた光コヒーレンスを有し、フォトニック構造と結合した場合の単体収集効率に近づき、量子メモリのための長い寿命のスピンを持つ。 しかし、光スピン制御と単発読み出しを同時に行うことの非互換性は、ほとんど全ての固体エミッターが直面している課題である。 これを解決するために、ファラデー構成の負電荷重ホールエキシトンにおいて、光孔混合を利用して高度に非対称なラムダシステムを実現する。 GHzスケールのディファレンシャルスタークシフトを補償し、ラマン制御場への不等結合により誘導し、核スピン冷却を行うことで、電子スピン量子ビットの量子制御を97.4%の$\pi$-pulseコントラストで達成し、スピン選択光学遷移を409の周期性で保存する。 GaAsおよびInGaAs量子ドットのこのスキームを実証し、核量子メモリの動作に適合していることを示す。 これにより、単一ショット読み出し、フォトニッククラスター状態生成、量子リピータ技術に要求されるように、区別不能光子の繰り返し放出と量子ビット制御を可能にする。

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