核自旋 qudit 的相干电场操控

凝聚态物质中的自旋，特别是良好隔离的核自旋，由于其长的相干时间，为计算、传感和网络提供了极具吸引力的量子自由度。电场控制的可能性对于实用的可扩展量子技术是一个重要特征，但是，通常情况下，在传统半导体宿主中核自旋仅与电场发生微弱耦合，限制了操作效率。在此，我们表明选择高极化率的氧化物宿主可以克服这一瓶颈。在掺 Mn2+ 的 ZnO 中，自旋哈密顿量的电场调制被超精细耦合的电子自旋放大，并提供了对 $I = 5/2$ 核自旋 qudit 的高效电场操控，其方式类似于传统核磁共振的超精细增强。我们展示了使用沿晶体 c 轴（ZnO 的极化轴）施加的单轴电场进行共振和非共振的相干操控。这种方法允许进行通用的单 qudit 门操作，其效率可与传统磁场驱动相当或更高。这些结果支持将掺杂氧化物用作电可控自旋量子比特的有源宿主材料，突出了材料设计在开发可扩展量子技术中的重要性。