論文の概要: Graphene double quantum dot as a solid-state two-level system in the THz range
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.13196v1
- Date: Fri, 09 Oct 2026 08:13:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-13 04:06:29.476107
- Title: Graphene double quantum dot as a solid-state two-level system in the THz range
- Title（参考訳）: THz帯の固体2レベル系としてのグラフェン二重量子ドット
- Abstract要約: 我々は、hBNをカプセル化したグラフェン二重量子ドットが、THzスペクトル範囲の遷移周波数を持つ2レベルシステムを実現することを示す。
実現された2DマテリアルベースのTHz2レベルシステムは、チップ上の直接統合と互換性があり、将来のTHz量子技術のキービルディングブロックとして機能する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9740495872065019
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Matter-based two-level quantum systems are fundamental building blocks of quantum technologies, underpinning applications in quantum computing, simulation, communication, and sensing. Today, most of these two-level quantum systems, including Rydberg atoms, trapped ions, superconducting circuits, molecules, and quantum dots, involve transition frequencies in microwave or optical domains. However, extending their transition frequency to the THz spectral range could provide numerous benefits, leveraging the unique properties of THz radiation. Here, we show that an hBN-encapsulated graphene double quantum dot realizes a two-level system with a transition frequency in the THz spectral range. Using low-temperature transport spectroscopy in the dark combined with modeling based on nonequilibrium Green's function formalism, we demonstrate the formation of an artificial molecule, featuring bonding and antibonding states separated by an energy of up to 0.6 meV, corresponding to a resonance frequency of 0.145 THz. This approach provides direct access to important parameters of open double quantum dot systems, including tunneling rates, offering a practical alternative to conventional techniques such as photon-assisted tunneling, which are challenging to implement at THz frequencies. The realized 2D-material-based THz two-level system, compatible with direct on-chip integration, could serve as a key building block for future THz quantum technologies. Furthermore, by involving a single-electron transition, coupling these devices to a THz resonator could enable the exploration of ultra-strong light-matter interactions at the fundamental limit of a single transition coupled to a single cavity, beyond the reach of existing THz quantum systems based on collective transitions.
- Abstract（参考訳）: 物質ベースの二段階量子システムは量子技術の基本的な構成要素であり、量子コンピューティング、シミュレーション、通信、センシングの応用の基盤となっている。
今日では、リドバーグ原子、閉じ込められたイオン、超伝導回路、分子、量子ドットを含む2段階の量子系の多くは、マイクロ波または光学領域の遷移周波数を伴っている。
しかし、その遷移周波数を THz スペクトル範囲に拡張することは、THz 放射のユニークな特性を生かし、多くの利点をもたらす可能性がある。
ここでは、hBNをカプセル化したグラフェン二重量子ドットが、THzスペクトル範囲の遷移周波数を持つ2レベルシステムを実現することを示す。
暗黒領域における低温輸送分光法と非平衡グリーン関数フォーマリズムに基づくモデリングを組み合わせることで、最大0.145 THzの共鳴周波数に対応する0.6 meVのエネルギーで分離された結合状態と反結合状態を含む人工分子の形成を実証する。
このアプローチは、トンネリングレートを含むオープンダブル量子ドットシステムの重要なパラメータへの直接アクセスを提供し、THz周波数で実装することが難しい光子アシストトンネルのような従来の技術に代わる実用的な代替手段を提供する。
実現された2DマテリアルベースのTHz2レベルシステムは、チップ上の直接統合と互換性があり、将来のTHz量子技術のキービルディングブロックとして機能する。
さらに、単一電子遷移を含むことにより、これらのデバイスをTHz共振器に結合することで、単一共振器と結合した単一共振器の基本極限における超強光-物質相互作用を、集合転移に基づく既存のTHz量子系の到達範囲を超えて探索することができる。
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