論文の概要: Quantum Error Correction Assisted Axion Search in CMOS Spin Qubit Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.17457v1
• Date: Sun, 17 May 2026 13:59:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-19 17:57:48.10108
• Title: Quantum Error Correction Assisted Axion Search in CMOS Spin Qubit Arrays
• Title（参考訳）: CMOSスピン量子ビットアレイにおける量子誤差補正支援軸探索
• Authors: Xiangjun Tan, Zhanning Wang,
• Abstract要約: 固体スピン量子ビットに基づくアクシオンやアクシオン様ダークマターの探索は、強い縦断的評価によって根本的に制限される。 量子誤り補正(QEC)は,現実的な半導体スピン量子ビットプラットフォームにおいて,軸方向探索感度を大幅に向上させることができることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Searches for axion and axionlike dark matter based on solid-state spin qubits are fundamentally limited by strong longitudinal dephasing, which rapidly suppresses the sensitivity gains offered by entanglement. Here we show that quantum error correction (QEC) can substantially enhance axion search sensitivity in realistic semiconductor spin qubit platforms by mitigating this dominant noise source. By integrating an optimally chosen repetition code QEC with logical GHZ block entanglement, we derive closed-form expressions for the quantum Fisher information that explicitly incorporate the finite coherence time of the axion field. Our analysis demonstrates that modest QEC cycle frequencies are sufficient to significantly reduce the effective dephasing rate, thereby restoring a broad parameter regime in which entanglement-enhanced sensing surpasses the standard quantum limit. Projecting these results onto CMOS-compatible device parameters, we find that QEC-protected entangled sensing can revive otherwise inaccessible quantum advantages, yielding up to order-of-magnitude improvements in sensitivity to the axion-electron coupling $g_{ae}$. These results establish a practical and theoretically controlled pathway for using QEC to improve qubit array searches for physics beyond the Standard Model.
• Abstract（参考訳）: 固体スピン量子ビットに基づくアクシオンやアクシオン様ダークマターの探索は、強い長手偏差によって基本的に制限され、絡み合いによる感度向上を急速に抑制する。 ここでは、量子誤差補正(QEC)は、この支配的なノイズ源を緩和することにより、現実的な半導体スピン量子ビットプラットフォームにおける軸方向探索感度を大幅に向上させることができることを示す。 最適選択された繰り返し符号QECと論理的GHZブロック絡み合わせを統合することにより、軸場の有限コヒーレンス時間を明確に含む量子フィッシャー情報に対する閉形式式を導出する。 解析の結果,QECサイクルの周波数は実効性低下率を著しく低下させるのに十分であることが示され,絡み合いの強い感覚が標準量子限界を超えるような広いパラメータ構造が復元された。 これらの結果をCMOS互換のデバイスパラメータに投影すると、QECで保護された絡み合ったセンシングは、他のアクセス不能な量子上の利点を復活させ、軸-電子結合の$g_{ae}$に対する感度のオーダー・オブ・マグニチュードの改善をもたらす。 これらの結果は、QECを用いて標準モデルを超えた物理の量子配列探索を改善するための実践的で理論的に制御された経路を確立する。

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