論文の概要: Beyond the Purcell Effect: Controlling Pure Quantum Dephasing with Spin Noise Metasurfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.20180v1
- Date: Tue, 19 May 2026 17:59:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-20 15:03:09.579667
- Title: Beyond the Purcell Effect: Controlling Pure Quantum Dephasing with Spin Noise Metasurfaces
- Title（参考訳）: パーセル効果を超えて:スピンノイズによる純量子デフォーカスの制御
- Authors: Wenbo Sun, Shoaib Mahmud, Wei Zhang, Runwei Zhou, Pronoy Das, Dan Jiao, Zubin Jacob,
- Abstract要約: 量子ビット純粋退化ダイナミクスを修正するためのナノフォトニックアプローチを導入する。
ダイヤモンド中のCoFeB変成層と浅い窒素空孔中心をリソグラフィで定義した手法を実験的に実証した。
この結果から,ナノフォトニック構造を用いた量子光-マター相互作用の新たなフロンティアが確立された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.970598447705571
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: One central theme in quantum photonics is tailoring the interactions between atoms/spins and their electromagnetic (EM) environments. Considerable effort has focused on engineering spontaneous emission by shaping EM environments, known as the Purcell effect. However, photonic environment control of pure dephasing, which is a complementary paradigm of non-unitary atom/spin couplings with EM environments, remains largely unexplored. Here, we introduce a nanophotonic approach to modify qubit pure dephasing dynamics. Unlike Purcell engineering that tailors photonic environments at qubit resonance frequencies (typically optical/near-infrared), we develop ultra-subwavelength spin noise metasurfaces for efficient broadband control of low-frequency (e.g., $\sim$MHz) photonic environments far off-resonant with atoms/spins for dephasing engineering. We experimentally demonstrate our approach using lithographically defined CoFeB metasurfaces and shallow nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond. Instead of modified spontaneous emission, we observe modified NV pure dephasing dynamics near different spin noise metasurfaces. We further isolate metasurface-controlled dephasing from other dephasing mechanisms (e.g., spin bath) by measuring the NV ensemble dephasing noise spectrum with dynamical decoupling spectral decomposition techniques. Our results establish a new frontier in engineering quantum light-matter interactions with nanophotonic structures.
- Abstract（参考訳）: 量子フォトニクスにおける中心的なテーマは、原子/スピンと電磁(EM)環境の間の相互作用を調整することである。
考慮すべき努力は、パーセル効果(Purcell effect)として知られるEM環境を形作ることにより、自然発生のエンジニアリングに焦点を当てている。
しかし、EM環境と非単ユニット原子/スピン結合の相補的パラダイムである純脱落のフォトニック環境制御は、ほとんど未解明のままである。
ここでは、量子ビット純粋退化ダイナミクスを修正するためのナノフォトニクス手法を提案する。
クォービット共鳴周波数で光環境を調整するパーセル工学とは異なり、低周波(例えば$\sim$MHz)光環境の効率的なブロードバンド制御のための超短波長スピンノイズ準曲面を開発する。
ダイヤモンド中のCoFeB変成層と浅い窒素空孔 (NV) 中心をリソグラフィで定義したCoFeBによるアプローチを実験的に実証した。
自然発振の修正の代わりに、異なるスピンノイズ準曲面付近で修正されたNV純脱落ダイナミクスを観察する。
さらに,NVアンサンブル劣化スペクトルを動的デカップリング分光分解法を用いて測定することにより,他のデフォーカス機構(例えばスピン浴)からメタサイト制御されたデフォーカスを分離する。
この結果から,ナノフォトニック構造を用いた量子光-マター相互作用の新たなフロンティアが確立された。
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