論文の概要: Coupling 4H-Silicon Carbide spins to a microwave resonator at milli-Kelvin temperature

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.14840v1
• Date: Thu, 18 Sep 2025 11:03:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-19 17:26:53.177212
• Title: Coupling 4H-Silicon Carbide spins to a microwave resonator at milli-Kelvin temperature
• Title（参考訳）: ミリケルビン温度における4H-シリコン炭化物スピンのマイクロ波共振器への結合
• Authors: Ali Fawaz, Jeremy Bourhill, Stefania Castelletto, Hiroshi Abe, Takeshi Ohshima, Michael Tobar, Thomas Volz, Maxim Goryachev, Sarath Raman Nair,
• Abstract要約: マイクロ波空洞モードとスピン量子ビット遷移を結合することは、効率的な量子ビットの読み出しと制御を可能にするために重要である。 炭化ケイ素(SiC)材料中の異なるスピン量子ビット遷移を10mKの温度で約12.6GHzの3Dマイクロ波(MW共振器モード)に結合させることを実験的に観察した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2347592537884812
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Coupling microwave cavity modes with spin qubit transitions is crucial for enabling efficient qubit readout and control, long-distance qubit coupling, quantum memory implementation, and entanglement generation. We experimentally observe the coupling of different spin qubit transitions in Silicon Carbide (SiC) material to a 3D microwave (MW resonator mode around 12.6~GHz at a temperature of 10~mK. Tuning the spin resonances across the cavity resonance via magnetic-field sweeps, we perform MW cavity transmission measurements. We observe spin transitions of different spin defects that are detuned from each other by around 60-70~MHz. By optically exciting the SiC sample placed in the MW cavity with an 810~nm laser, we observe the coupling of an additional spin resonance to the MW cavity, also detuned by around 60-70 MHz from the centre resonance. We perform complementary confocal optical spectroscopy as a function of temperature from 4~K to 200~K. Combining the confocal spectroscopy results and a detailed analysis of the MW-resonator-based experiments, we attribute the spin resonances to three different paramagnetic defects: positively-charged carbon antisite vacancy pair (CAV$^+$), and the negatively-charged silicon vacancy spins located at two different lattice sites, namely V$_1$ and V$_2$ spins. The V$_1$ and V$_2$ lines in SiC are interesting qubit transitions since they are known to be robust to decoherence. Additionally, the CAV$^+$-transition is known to be a bright single-photon source. Consequently, the demonstration of the joint coupling of these spin qubits to a MW cavity mode could lead to interesting new modalities: The microwave cavity could act as an information bus and mediate long-range coupling between the spins, with potential applications in quantum computing and quantum communication, which is an attractive proposition in a CMOS-compatible material such as SiC.
• Abstract（参考訳）: マイクロ波空洞モードとスピン量子ビット遷移の結合は、効率的な量子ビットの読み出しと制御、長距離量子ビット結合、量子メモリの実装、絡み合いの発生を可能にするために重要である。 炭化ケイ素(SiC)の異なるスピン量子ビット遷移の3次元マイクロ波(MW共振器モード)への結合を10〜mKの温度で実験的に観察した。 共振器内共振を磁場スイープで調整し, MW共振器の透過測定を行った。 スピン欠陥のスピン遷移を60-70~MHz程度で観測する。 810〜nmレーザーでMW共振器内のSiC試料を光学的に励起することにより,中心共振器から60〜70MHzの周波数で重畳されるMW共振器への追加スピン共鳴のカップリングを観察した。 我々は4〜Kから200〜Kまでの温度関数として相補的な共焦点光分光を行う。 共焦点分光結果とMW共振器に基づく実験の詳細な解析を組み合わせると、スピン共鳴は正電荷の炭素反サイト空孔対(CAV$^+$)と負電荷のシリコン空孔スピン(V$_1$とV$2$)の3つの異なる常磁性欠陥に起因する。 SiC の V$_1$ および V$_2$ の線は、デコヒーレンスに対して堅牢であることが知られているため、興味深い量子ビット遷移である。 さらに、CAV$^+$-transitionは明るい単一光子源であることが知られている。 マイクロ波キャビティは情報バスとして機能し、スピン間の長距離結合を仲介し、量子コンピューティングや量子通信にも応用できる可能性がある。

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