論文の概要: Coherent electric field manipulation of nuclear spin qudit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.26716v1
• Date: Wed, 29 Jul 2026 10:06:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-30 21:06:25.619168
• Title: Coherent electric field manipulation of nuclear spin qudit
• Title（参考訳）: 核スピンキュディットのコヒーレント電場操作
• Authors: Sumin Lim, Mikhail V. Vaganov, Niccolo Fontana, Junjie Liu, Arzhang Ardavan,
• Abstract要約: 凝縮物質のスピンは、計算、センシング、ネットワークのための魅力的な量子自由度を提供する。 Mn2+ドープOでは、スピンハミルトニアンの電場変調は超微細結合電子スピンによって増幅される。 結晶c軸に沿って印加された1つの一軸電場を用いて共振器と非共振器のコヒーレント操作を実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.880247476574309
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spins in condensed matter, especially well-isolated nuclear spins, offer attractive quantum degrees of freedom for computing, sensing, and networking because of their long coherence times. The possibility of electric-field control is an important feature for practical scalable quantum technologies, but, typically, nuclear spins couple only weakly to electric fields in conventional semiconductor hosts, limiting operation efficiency. Here we show that a choice of a highly polarizable oxide host can overcome this bottleneck. In Mn2+ doped ZnO, electric-field modulation of the spin Hamiltonian is amplified by hyperfine-coupled electron spins, and offers efficient electric-field manipulation of an I = 5/2 nuclear spin qudit, in a manner analogous to the hyperfine enhancement of conventional nuclear magnetic resonance. We demonstrate both resonant and non-resonant coherent manipulation using a single uniaxial electric field applied along the crystalline c-axis, the polarization axis of ZnO. This approach allows universal single-qudit gate operations with efficiencies comparable to or exceeding those of conventional magnetic-field driving. These results support the deployment of doped oxides as active host materials for electrically controllable spin qubits, highlighting the importance of materials design in developing scalable quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 凝縮した物質のスピン、特によく分離された核スピンは、長いコヒーレンス時間のために計算、センシング、ネットワークに魅力的な量子自由度を提供する。 電界制御の可能性は、実用的なスケーラブルな量子技術にとって重要な特徴であるが、通常、核スピンは従来の半導体ホストの電界に弱く結合し、動作効率を制限している。 ここでは、高偏光性酸化物ホストの選択がこのボトルネックを克服できることを示す。 Mn2+ドープZnOでは、スピンハミルトニアンの電場変調は超微細結合電子スピンによって増幅され、従来の核磁気共鳴の超微細化に類似した方法で、I = 5/2核スピンquditの効率的な電場操作を提供する。 ZnOの偏光軸である結晶c軸に沿って印加された1つの一軸電場を用いた共振および非共振コヒーレント操作の両面を実証した。 このアプローチは、従来の磁場駆動と同等かそれ以上の効率で、単一量子ゲートの普遍的な操作を可能にする。 これらの結果は、電気的に制御可能なスピン量子ビットの活性ホスト材料としてのドープ酸化物の配置をサポートし、スケーラブルな量子技術開発における材料設計の重要性を強調している。

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