論文の概要: A Single-Molecule Spin-Photon Interface

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.10077v1
• Date: Mon, 11 May 2026 06:59:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-12 23:28:50.586699
• Title: A Single-Molecule Spin-Photon Interface
• Title（参考訳）: 単一分子スピン光子インタフェース
• Authors: Simon Roggors, Thomas Unden, Anna Aubele, Paul Mentzel, Gregor Bayer, Alon Salhov, Jochen Scharpf, Martin B. Plenio, Alex Retzker, Fedor Jelezko, Tim R. Eichhorn, Tobias A. Schaub, Matthias Pfender, Philipp Neumann, Ilai Schwartz,
• Abstract要約: 長い寿命のスピン量子ビットと光子を接続する光インターフェースは、量子ネットワークと分散量子情報処理の中枢的な要件である。 ここでは、構造的に整合したホスト結晶に埋め込まれた三重項基底状態カルベン分子が、単一分子アドレス性を持つ堅牢なスピン-光子界面として機能することを示す。 その結果、分子量子ビットは、ボトムアップ化学設計と処理可能な材料の利点を保ちながら、単一エミッタ量子光学のための実行可能なプラットフォームとして確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2319165683825004
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optical interfaces that connect long-lived spin qubits to photons are a central requirement for quantum networking and distributed quantum information processing. Currently, solid-state atomic defects are leading candidates due to their inherent spin and optical coherence. Building on these advancements, synthetically tailored molecular systems represent a fundamental change in the field, utilizing precise atomic control and consistent bottom-up assembly. However, the lack of a robust spin-photon interface combining bright fluorescence, high spectral stability, and the persistent spin lifetimes inherent to ground-state systems has prohibited the detection of individual molecular qubits. Here we show that a triplet ground state carbene molecule, embedded within a structurally matched host crystal, functions as a robust spin-photon interface with single-molecule addressability. The system exhibits narrow zero-phonon lines, spectral stability over more than an hour, spin-selective optical transitions and single-molecule optically detected magnetic resonance. Coherent control yields millisecond-scale dynamical-decoupling coherence and tens-of-milliseconds spin relaxation at a temperature of 4.5 K. These results establish molecular qubits as a viable platform for single-emitter quantum optics while preserving the advantages of bottom-up chemical design and processable materials.
• Abstract（参考訳）: 長い寿命のスピン量子ビットと光子を接続する光インターフェースは、量子ネットワークと分散量子情報処理の中枢的な要件である。 現在、固体原子の欠陥はスピンと光コヒーレンスによって主要な候補となっている。 これらの進歩に基づいて、合成調整された分子系は、精密な原子制御と一貫したボトムアップアセンブリを利用して、磁場の基本的な変化を表す。 しかし、明るい蛍光、高いスペクトル安定性、基底状態系に固有の持続的なスピン寿命を組み合わせた堅牢なスピン-光子界面の欠如は、個々の分子量子ビットの検出を禁止している。 ここでは、構造的に整合したホスト結晶に埋め込まれた三重項基底状態カルベン分子が、単一分子アドレス性を持つ堅牢なスピン-光子界面として機能することを示す。 このシステムは、狭いゼロフォノン線、1時間以上のスペクトル安定性、スピン選択性光遷移、単一分子光磁気共鳴を示す。 コヒーレント制御はミリ秒スケールのダイナミックデカップリングコヒーレンスと数ミリ秒単位のスピン緩和を4.5Kの温度で生成する。

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