全机械相干性保护与自旋量子比特的快速控制

在声子量子网络中，量子信息存储于由固体自旋构成的 stationary 节点中，通过声子在节点之间进行信息路由。声子相较于其电磁类比对象——光子，具有更小的器件占用面积、较少的串扰、低温下的较长相干时间以及与固体自旋和电磁波的强相互作用等优势。声子腔与 stationary 量子比特之间的增强相互作用已在多种平台上实现，包括超导量子比特、硅碳化物中的自旋以及金刚石中的自旋。然而，一个亟待解决的问题是：自旋对共振声子腔的耦合与同时使用扩展自旋相干时间的脉冲序列（通过抑制低频环境噪声）之间的兼容性。本文展示了一种固体自旋量子比特的全机械相干性保护方案，其中在对低频噪声高度免疫的 dressed 基态中完成光学初始化、量子操作和读出，同时与声子腔兼容。我们进一步展示了实现 800 MHz 超高 Rabi 频率，从而实现超快量子控制。我们的结果为高保真度、声子介导的量子门铺设奠定了第一步，为面向稳健型集成量子声子网络的关键性进展。