論文の概要: Hybrid acousto-optical spin control in quantum dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.14405v1
• Date: Tue, 16 Dec 2025 13:43:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-17 16:49:26.731273
• Title: Hybrid acousto-optical spin control in quantum dots
• Title（参考訳）: 量子ドットにおけるハイブリッド音響-光スピン制御
• Authors: Mateusz Kuniej, Paweł Machnikowski, Michał Gawełczyk,
• Abstract要約: 機械的自由度は半導体中のスピンと非常に弱い結合である。 半導体量子ドット(QD)におけるフォノンと単一電子スピンの非効率結合は、オンチップで音響的に結合された量子ハイブリッドシステムへの統合を妨げる。 音響スピン回転をQDに効果的に導入するハイブリッドアコースティック光スピン制御法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.05097809301149341
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Mechanical degrees of freedom very weakly couple to spins in semiconductors. The inefficient coupling between phonons and single electron spins in semiconductor quantum dots (QDs) hinders their integration into on-chip acoustically coupled quantum hybrid systems. We propose a hybrid acousto-optical spin control method that circumvents this problem and effectively introduces acoustic spin rotation to QDs, complementing their rich couplings with external fields and quantum registers. We show that combining continuous-wave detuned optical coupling to a trion state and acoustic modulation results in spin rotation around an axis defined by the acoustic field. The optical field breaks spin conservation, allowing phonons to drive transitions between disrupted spin states when at resonance with the Zeeman frequency. Our method is compatible with pulse sequences that mitigate quasi-static noise effects, which makes trion recombination the primary limitation to gate fidelity under cooled nuclear-spin conditions. Numerical simulations indicate that spin rotation fidelity can be very high, if the trion lifetime is long and Zeeman splitting is sufficiently large, with a currently feasible 50~ns lifetime and 44~GHz splitting giving 99.9\% fidelity. Applying our advancement could enable acoustic QD spin state transfer to diverse solid-state systems and transduction between acoustic, optical, and microwave domains, all within an on-chip integration-ready setting.
• Abstract（参考訳）: 機械的自由度は半導体中のスピンと非常に弱い結合である。 半導体量子ドット(QD)におけるフォノンと単一電子スピンの非効率結合は、オンチップ音響的に結合された量子ハイブリッドシステムへの統合を妨げる。 本稿では,この問題を回避し,音響スピン回転をQDに効果的に導入し,外部磁場と量子レジスタとのリッチな結合を補完するハイブリッドアコースティック光スピン制御法を提案する。 連続波デチュード光結合とトライアン状態と音響変調とを組み合わせることで、音場によって定義された軸まわりのスピン回転が生じることを示す。 光電場はスピン保存を破り、ゼーマン周波数と共鳴するときに、フォノンは破壊されたスピン状態間の遷移を駆動する。 本手法は, 準静音効果を緩和するパルス列と互換性があり, 冷却核スピン条件下では, トリオンの組換えがゲートの忠実度に対する一次制限となる。 数値シミュレーションにより、トリオン寿命が長く、ゼーマン分裂が十分に大きく、現在実現可能な50~nsの寿命と44~GHzの分割によって99.9\%の忠実度が得られる場合、スピン回転忠実度は非常に高いことが示されている。 我々の進歩を応用すれば、様々な固体系への音響QDスピン状態の伝達や、音響、光学、マイクロ波領域間の伝達が、すべてオンチップ統合対応の設定内で可能となる。

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