論文の概要: Spectator-transition crosstalk in a spin-3/2 silicon vacancy qudit in silicon carbide revealed by broadband Ramsey interferometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.15559v1
• Date: Thu, 22 Jan 2026 00:56:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-23 21:37:20.46079
• Title: Spectator-transition crosstalk in a spin-3/2 silicon vacancy qudit in silicon carbide revealed by broadband Ramsey interferometry
• Title（参考訳）: ブロードバンドラムゼー干渉法による炭化ケイ素中におけるスピン-3/2シリコン空孔の分光-遷移クロストーク
• Authors: Jun-Jae Choi, Seung-Jae Hwang, Seoyoung Paik, Juhwan Kim, Jawad UI-Hassan, Nguyen Tien Son, Hiroshi Abe, Takeshi Oshima, Jaekwon Suk, Hyeon-Ho Jeong, Dong-Hee Kim, Sang-Yun Lee,
• Abstract要約: 4H-SiC色中心スピンは、長いスピンコヒーレンスとチップレベルのフォトニクスと、ウェハスケールの材料成熟度の珍しい組み合わせを提供する。 特に、シリコン空孔はS=3/2基底状態であり、コンパクトなエンコーディングとサブスペース選択制御を可能にするネイティブなquditである。 ここでは、ブロードバンドラムシー干渉法を用いて、そのようなオブザーバ-遷移クロストークを明らかにし、定量化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.367066666584703
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Color center spins in 4H-SiC offer a rare combination of wafer-scale materials maturity with long spin coherence and chip-level photonics, making them promising building blocks for scalable quantum technologies. In particular, the silicon vacancy hosts an S=3/2 ground state, a native qudit that enables compact encodings and subspace-selective control, but also introduces spectator transitions: short, detuned pulses can coherently drive non-addressed level pairs and create crosstalk. Here we use broadband Ramsey interferometry to reveal and quantify such spectator-transition crosstalk. Experimentally, the Ramsey Fourier spectra display multiple lines beyond the addressed single-quantum transition. Analytically, we map each line to a pairwise energy difference between qudit levels of the rotating-frame Hamiltonian and assign its weight via compact amplitudes set by the prepared state and the microwave pulse parameters, predicting a deterministic six-branch structure. Numerical time-domain propagation with the experimental sampling reproduces the detuning map, and the measured peak positions coincide with the analytic branch lines without frequency fitting. Together these results provide a practical, spectator-aware framework for multilevel control in the silicon vacancy qudit. The approach offers clear guidance to suppress crosstalk or, conversely, to exploit spectator lines, for example as additional constraints for in situ pulse calibration and for phase-sensitive quantum state and process estimation.
• Abstract（参考訳）: 4H-SiCのカラーセンタースピンは、ウェハスケールの材料成熟度と長いスピンコヒーレンスとチップレベルのフォトニクスの珍しい組み合わせを提供し、スケーラブルな量子技術のためのブロックを約束する。 特に、シリコン空孔にはS=3/2基底状態があり、コンパクトなエンコーディングとサブスペース選択制御を可能にするネイティブなキューディットであり、短パルスは非アドレスレベルのペアをコヒーレントに駆動しクロストークを生成する。 ここでは、ブロードバンドラムシー干渉法を用いて、そのようなオブザーバ-遷移クロストークを明らかにし、定量化する。 実験的にラムゼーフーリエスペクトルは、アドレス付き単一量子遷移を超える複数の線を表示する。 解析的に、各線を回転フレームハミルトニアンのキュディットレベル間のペアのエネルギー差にマッピングし、準備状態とマイクロ波パルスパラメータによって設定されたコンパクト振幅によって重みを割り当て、決定論的6分岐構造を予測する。 実験的なサンプリングによる時間領域の数値伝搬はデチューニングマップを再現し、測定されたピーク位置は周波数適応のない解析分岐線と一致する。 これらの結果は、シリコン空孔のマルチレベル制御のための実用的でオブザーバ対応のフレームワークを提供する。 このアプローチは、クロストークを抑えるための明確なガイダンスや、逆に、例えば、in situパルスキャリブレーションや位相感受性量子状態およびプロセス推定のための追加の制約など、オブザーバ線を利用するための明確なガイダンスを提供する。

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