論文の概要: Cavity-mediated coherence protection and one-axis twisting for spins in solids

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.26909v1
• Date: Wed, 29 Apr 2026 17:17:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-30 15:59:36.515843
• Title: Cavity-mediated coherence protection and one-axis twisting for spins in solids
• Title（参考訳）: キャビティによる固体中のスピンのコヒーレンス保護と1軸ねじれ
• Authors: Rikuto Fukumori, Chengyi Luo, Alexey Tiranov, Karolina Waszkowska, Philippe Goldner, Andrei Faraon,
• Abstract要約: コヒーレントキャビティを介するオール・ツー・オール相互作用は、固体アンサンブルではまだ実現されていない。 これらの結果は、量子技術に直接的な意味を持つ集合多体物理学のための固体プラットフォームを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Long-range interactions between emitters give rise to collective phenomena, including superradiance, spin squeezing, and coherence protection, that are important to both fundamental physics and quantum technologies. Despite progress in cold atoms, coherent cavity-mediated all-to-all interactions have not yet been realized in a solid-state ensemble. Here we demonstrate such interactions in a $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$ crystal coupled to a microwave resonator, observing superradiant emission on resonance and unitary one-axis twisting dynamics in the dispersive regime. The same interaction also opens a many-body energy gap that suppresses inhomogeneous dephasing, extending the ensemble Ramsey coherence time from tens of microseconds to milliseconds without decoupling pulses. These results establish a solid-state platform for collective many-body physics with direct implications for quantum technologies. Specifically, the observed one-axis twisting dynamics opens a path towards spin squeezing for entanglement-enhanced quantum metrology, and the extended coherence due to gap-protection is relevant for both microwave photon storage and precision measurement.
• Abstract（参考訳）: 放出体間の長距離相互作用は、基本的な物理学と量子技術の両方にとって重要な超放射能、スピンスクイーズ、コヒーレンス保護などの集合現象を引き起こす。 コールド原子の進歩にもかかわらず、コヒーレントキャビティを介するオール・ツー・オール相互作用は固体アンサンブルではまだ実現されていない。 ここでは、電子レンジ共振器に結合した$^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$クリスタルでそのような相互作用を実証し、共振における超ラジカル放出と分散系における一軸ねじれダイナミクスを観察する。 同じ相互作用は多体間のエネルギーギャップも開き、不均一な脱落を抑制し、アンサンブルのラムゼーコヒーレンス時間を数マイクロ秒からミリ秒に延長する。 これらの結果は、量子技術に直接的な意味を持つ集合多体物理学のための固体プラットフォームを確立する。 特に、観測された一軸ねじれ力学は、絡み合う量子メートル法のためにスピンスクイーズへの道を開き、ギャップ保護による拡張コヒーレンスは、マイクロ波光子の貯蔵と精密測定の両方に関係している。

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