单个稀土自旋量子比特的相干性质

稀土掺杂晶体是光学信息量子存储的优异硬件。这些材料的波导特性赋予了其额外的功能，从而可实现片上光子网络。然而，迄今为止尚未实现稀土单自旋量子比特的探测及其相干性质的演示。在此，我们给出了 YAG 晶体中 Ce$^{3+}$ 离子单电子自旋的高保真度光学初始化、高效相干操控和光学读出的实验结果。在动力学解耦下，自旋相干寿命达到 $T_2$=2 ms，且几乎受限于所测得的自旋-晶格弛豫时间 $T_1$=3.8 ms。与铝核自旋的强超精细耦合表明，铈电子自旋可作为光子与长寿命核自旋存储器之间的接口。结合 Ce$^{3+}$ 发光的高亮度以及由基质材料制作光子电路的可能性，这使得铈自旋成为集成量子光子学的一个有趣选项。