論文の概要: All-electrical Coherent Control of a Single Rare-earth Spin Qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.07929v1
• Date: Sat, 08 Aug 2026 05:28:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-11 19:16:36.569664
• Title: All-electrical Coherent Control of a Single Rare-earth Spin Qubit
• Title（参考訳）: 単一希土類スピン量子ビットの全電気的コヒーレント制御
• Abstract要約: 単一スピン量子ビットの電気的制御は、ナノスケール、高速、スケーラブルな量子デバイスの主要なフロンティアである。 ここでは、近くのTi原子と交換結合した1つのEr電子スピンの全電気的コヒーレント制御を示す。 異方性Er-Tiカップリングの電気変調により、Erスピンの効率的な駆動が可能となり、ほぼギガヘルツRabi周波数が得られる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.744969869929327
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Electrical control of single spin qubits is a major frontier for nanoscale, high-speed, and scalable quantum devices. Yet, extending it to highly shielded rare-earth 4f electrons remains an experimental challenge across solid-state platforms. Here we demonstrate all-electrical coherent control of a single Er electron spin, which is exchange-coupled to a nearby Ti atom. Scanning tunneling microscopy-based electron spin resonance with three-dimensional magnetic-field control enables comprehensive mapping of the resonance and Rabi frequencies, revealing pronounced anisotropies in both the Er g-tensor and the Er-Ti exchange interaction. The electrical modulation of the anisotropic Er-Ti coupling results in an efficient drive of the Er spin, allowing us to achieve near-gigahertz Rabi frequencies - a ten-fold improvement over the present record for rare-earth spin qubits. By establishing anisotropic exchange as a general resource for electrically accessing shielded rare-earth spins, our results open a new route to ultrafast and local control of rare-earth spins in solid-state quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 単一スピン量子ビットの電気的制御は、ナノスケール、高速、スケーラブルな量子デバイスの主要なフロンティアである。 しかし、それを高遮蔽されたレアアース4f電子に拡張することは、固体のプラットフォームでの実験的な課題である。 ここでは、近くのTi原子と交換結合した1つのEr電子スピンの全電気的コヒーレント制御を示す。 走査型トンネル顕微鏡による3次元磁場制御による電子スピン共鳴は、共鳴とラビの周波数の包括的マッピングを可能にし、Er g-テンソルとEr-Ti交換相互作用の両方において顕著な異方性を明らかにする。 異方性Er-Ti結合の電気変調により、Erスピンの効率的な駆動が可能となり、レアアーススピン量子ビットの10倍の改良である近ギガヘルツラビ周波数が得られる。 シールドされた希土類スピンを電気的にアクセスするための一般的な資源として異方性交換を確立することにより、固体量子デバイスにおける希土類スピンの超高速かつ局所的な制御への新たな経路が開かれる。

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