論文の概要: Sub-nanosecond control for spin-defect quantum memories with a low-cost, compact FPGA platform

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.11743v1
• Date: Mon, 13 Apr 2026 17:17:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-14 20:13:16.710648
• Title: Sub-nanosecond control for spin-defect quantum memories with a low-cost, compact FPGA platform
• Title（参考訳）: 低コストでコンパクトなFPGAプラットフォームを用いたスピン欠陥量子メモリのサブナノ秒制御
• Authors: Victor Marcenac, Tommy Nguyen, Julie Chen, Weitao He, Enrique Garcia, Yuyang Han, Bethany E. Matthews, Tiamike Dudley, Andrew Mounce, Kai-Mei C. Fu, Maxwell F. Parsons,
• Abstract要約: 廉価なFPGAプラットフォーム上でのナノ秒以下のタイミング制御を実演する。 ダイヤモンド中の窒素空孔中心の動的脱カップリング分光にこの機能を適用した。 その結果, スピンベース量子メモリの高分解能, デバイスレベルの特性を, 柔軟で安価な制御ハードウェアで実現できることが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4389316407459545
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Dynamical decoupling techniques are widely used to characterize and control the environments of solid-state quantum defects, enabling solid-state quantum memories and nanoscale quantum sensors. However, resolution is often limited by the timing granularity of control hardware, which can undersample narrow spectral features and distort extracted parameters. Here, we demonstrate sub-nanosecond timing control on an inexpensive FPGA-based platform by extending the open-source QICK (Quantum Instrumentation Control Kit) framework using a waveform-offset method. This approach achieves an effective timing resolution of 200~ps on an RF system-on-chip device without modification to the underlying hardware. We apply this capability to dynamical decoupling spectroscopy of nitrogen-vacancy centers in diamond, enabling precise extraction of hyperfine couplings of individual $^{13}\mathrm{C}$ nuclear spins and resolving spectral features that are otherwise undersampled. These results demonstrate that high-resolution, device-level characterization of spin-based quantum memories can be achieved using flexible, inexpensive control hardware, providing a scalable alternative to commercial arbitrary waveform generators.
• Abstract（参考訳）: 動的デカップリング技術は、固体量子欠陥の環境を特徴づけ制御し、固体量子メモリとナノスケール量子センサーを実現するために広く用いられている。 しかし、解像度は、狭いスペクトル特性をアンサンプし、抽出されたパラメータを歪ませる制御ハードウェアのタイミング粒度によって制限されることが多い。 本稿では、波形オフセット方式を用いて、オープンソースのQICK(Quantum Instrumentation Control Kit)フレームワークを拡張して、安価なFPGAプラットフォーム上でのナノ秒以下のタイミング制御を実証する。 提案手法は、基礎となるハードウェアを変更することなく、RFシステムオンチップデバイス上で200〜psの効率的なタイミング分解能を実現する。 この能力をダイヤモンド中の窒素空孔中心の動的脱カップリング分光に応用し、個々の$^{13}\mathrm{C}$核スピンの超微粒子カップリングの正確な抽出と、他のアンサンプされたスペクトル特性の解消を可能にする。 これらの結果から、スピンベース量子メモリの高分解能・デバイスレベル特性は、柔軟で安価な制御ハードウェアを用いて達成できることが示され、商用の任意の波形生成装置に代わるスケーラブルな代替手段を提供する。

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