論文の概要: Arbitrary manipulation of nuclear spins in hexagonal boron nitride

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.04497v1
• Date: Wed, 03 Jun 2026 06:25:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-05 07:07:40.458815
• Title: Arbitrary manipulation of nuclear spins in hexagonal boron nitride
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素における核スピンの任意操作
• Authors: Fattah Sakuldee, Mehdi Abdi,
• Abstract要約: 核スピン上に単一および多ビットゲートを配置するためのプロトコルを提案する。 核への電子スピン結合を効率的に設計できることが示される。 提案手法は、量子計算の目的でhBNにおけるV$_textB-$の実用的な応用のステージを設定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Due to its localized nature and controllability, the negatively charged boron vacancy centers (V$_\text{B}^-$) in hexagonal boron nitride (hBN) are a promising spin platform for accessing its neighboring nuclei with potential for performing quantum computational tasks. However, the methods of utilizing and manipulating the nuclear spins are still lacking. In this work, we propose a protocol for the preparation of single- and multi-qubit gates on the nuclear spins, utilizing the electron spin as an auxiliary qubit. By applying a background magnetic field and a multi-tone continuous drive, we show that the electron spin coupling to the nuclei can be efficiently engineered. This allows for suppressing the undesired electron-nuclear interactions through the Hahn echo pulse sequence. The target gates are then implemented by employing proper RF drives. Our numerical results for realistic parameters show gate fidelities as high as $99\%$ for single-qubit and $95\%$ for multi-qubit gates. With the gate execution durations being less than $300$ ns, our protocol evades electron spin decoherence effects. Therefore, our scheme sets the stage for the practical application of V$_\text{B}^-$ in hBN for quantum computation purposes.
• Abstract（参考訳）: ローカライズされた性質と制御性のため、六方晶窒化ホウ素(hBN)の負電荷のホウ素空孔中心(V$_\text{B}^-$)は、近隣の核に量子計算タスクを実行する可能性を持つ有望なスピンプラットフォームである。 しかし、核スピンの活用と操作の方法はいまだに不足している。 本研究では, 電子スピンを補助量子ビットとして利用し, 核スピン上に単一および複数量子ビットゲートを形成するためのプロトコルを提案する。 背景磁場とマルチトン連続駆動を応用することにより、原子核への電子スピン結合を効率的に設計できることを示す。 これにより、ハーンエコーパルスシーケンスを通じて望ましくない電子-核相互作用を抑えることができる。 ターゲットゲートは適切なRFドライブを用いて実装される。 現実的なパラメータに対する数値計算の結果,1量子ビットに対して99 %,複数量子ビットに対して9,5 %のゲート忠実度が得られた。 ゲートの実行期間が300ドル以下であれば、我々のプロトコルは電子スピンのデコヒーレンス効果を回避できる。 したがって、量子計算の目的でのhBNにおけるV$_\text{B}^-$の実用的な応用の段階を設定する。

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