論文の概要: Coherent Optical Control of a Single Donor Electron Spin

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.36423v1
• Date: Tue, 27 Oct 2026 00:06:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-28 21:04:31.452456
• Title: Coherent Optical Control of a Single Donor Electron Spin
• Title（参考訳）: 単一ドナー電子スピンのコヒーレント光制御
• Abstract要約: 我々は,II-VI半導体における単一ドナー結合電子スピンのコヒーレント制御を実証する。 その結果、単一のドナー電子スピンの最初のコヒーレント光制御が確立された。 我々は、固体光学活性量子ビットのための有望なプラットフォームとして、孤立した光供与体を同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.528313704663745
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Coherent spin-photon interfaces are essential for scalable quantum networks, but their realization requires optically bright transitions, long-lived spin coherence, and complete coherent control. Donor-bound electron spins in II-VI semiconductors offer an attractive platform for optically active spin qubits because they combine strong donor-bound exciton transitions in a direct-bandgap material with a potentially nuclear-spin-free environment. However, coherent control of an individual optically active donor spin has remained elusive. Here we demonstrate optical initialization, coherent control, and readout of a single donor-bound electron spin in ZnSe. Using spin-selective donor-bound exciton optical transitions, we initialize the electron spin and directly resolve its spin-relaxation dynamics. We achieve coherent spin control with off-resonant picosecond optical pulses, as demonstrated by spin Rabi oscillations and Ramsey interference. We further coherently drive two spin-selective optical transitions and observe high-contrast coherent population trapping, demonstrating the formation of an optically controlled dark state. At higher driving strengths, multiple dark resonances reveal the hyperfine interaction between the electron and the I = 3/2 Cl nucleus. These results establish the first coherent optical control of a single donor electron spin in a II-VI semiconductor and identify isolated optical donors as a promising platform for solid-state optically active qubits.
• Abstract（参考訳）: コヒーレントスピン光子インタフェースはスケーラブルな量子ネットワークには不可欠であるが、その実現には光学的に明るい遷移、長い寿命のスピンコヒーレンス、完全コヒーレント制御が必要である。 II-VI半導体のドナーバウンド電子スピンは、直接バンドギャップ材料中の強いドナーバウンドエキシトン遷移と、潜在的に核スピンのない環境を組み合わせるため、光学活性なスピン量子ビットの魅力的なプラットフォームを提供する。 しかし、個々の光学活性ドナースピンのコヒーレント制御は、まだ解明されていない。 ここでは、ZnSeにおける1つのドナー結合電子スピンの光初期化、コヒーレント制御、読み出しを実証する。 スピン選択ドナー結合励起子光学遷移を用いて、電子スピンを初期化し、スピン緩和ダイナミクスを直接解決する。 我々はスピンRabi発振とラムゼー干渉で示されるように、非共振ピコ秒光パルスによるコヒーレントスピン制御を実現する。 我々はさらに2つのスピン選択光遷移をコヒーレントに駆動し、高コントラストコヒーレント集団トラップを観察し、光学的に制御された暗黒状態の形成を実証した。 より強い駆動強度では、複数のダーク共鳴は電子とI = 3/2 Cl核の間の超微細な相互作用を示す。 これらの結果は、II-VI半導体における1つのドナー電子スピンのコヒーレント光制御を確立し、孤立した光ドナーを固体光活性量子ビットの有望なプラットフォームとして同定する。

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