論文の概要: High-Fidelity Single-Shot Readout and Selective Nuclear Spin Control for a Spin-1/2 Quantum Register in Diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.09164v1
• Date: Fri, 10 Oct 2025 09:07:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 00:38:48.508793
• Title: High-Fidelity Single-Shot Readout and Selective Nuclear Spin Control for a Spin-1/2 Quantum Register in Diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンドにおけるスピン1/2量子レジスタのための高忠実単一ショット読み出しと選択的核スピン制御
• Authors: Prithvi Gundlapalli, Philipp J. Vetter, Genko Genov, Michael Olney-Fraser, Peng Wang, Matthias M. Müller, Katharina Senkalla, Fedor Jelezko,
• Abstract要約: 量子ネットワークは、単一量子デバイスのサイズと複雑さの制限を克服する方法を提供する。 長寿命の核スピンと組み合わせたダイヤモンド中のグループIVカラーセンターは、有望なビルディングブロックとして現れている。 我々は、そのようなネットワークノードのための実行可能なプラットフォームとして、ゲルマニウム空き(GeV)センターを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.862650242123909
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum networks offer a way to overcome the size and complexity limitations of single quantum devices by linking multiple nodes into a scalable architecture. Group-IV color centers in diamond, paired with long-lived nuclear spins, have emerged as promising building blocks demonstrating proof-of-concept experiments such as blind quantum computing and quantum-enhanced sensing. However, realizing a large-scale electro-nuclear register remains a major challenge. Here we establish the germanium-vacancy (GeV) center as a viable platform for such network nodes. Using correlation spectroscopy, we identify single nuclear spins within a convoluted spin environment, overcoming limitations imposed by the color center's spin-$1/2$ nature and thereby enabling indirect control of these nuclear spins. We further demonstrate high-fidelity single-shot readout of both the GeV center ($95.8\,\%$) and a neighboring ${}^{13}\text{C}$ nuclear spin ($93.7\,\%$), a key tool for feed-forward error correction. These critical advances position the GeV center as a compelling candidate for next-generation quantum network nodes.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、複数のノードをスケーラブルなアーキテクチャにリンクすることで、単一量子デバイスのサイズと複雑さの制限を克服する方法を提供する。 長寿命の核スピンと組み合わせたダイヤモンド中のグループIVカラーセンターは、ブラインド量子コンピューティングや量子エンハンスドセンシングのような概念実証実験を示す有望なビルディングブロックとして出現している。 しかし、大規模な電子核レジスタの実現は依然として大きな課題である。 ここでは、そのようなネットワークノードのための実行可能なプラットフォームとして、ゲルマニウム空き(GeV)センターを確立する。 相関分光法を用いて、縮退したスピン環境内の単一核スピンを同定し、色中心のスピンが1/2$の自然に課す制約を克服し、これらの核スピンの間接的な制御を可能にする。 さらに、GeV中心(95.8\,\%$)と隣接する${}^{13}\text{C}$核スピン(93.7\,\%$)の高忠実なシングルショット読み出しを実証する。 これらの重要な進歩は、GeV中心を次世代量子ネットワークノードの有力な候補と位置づけている。

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