对囚禁超导自旋的连续监测
介观与纳米尺度物理
2020-07-09 v1 超导电性
量子物理
摘要
固态系统中费米子自旋的读取与控制是量子信息处理与微观磁传感的关键基元。大多数费米子自旋的高度局域性使其与寄生自由度解耦,但也导致难以实现长距离互操作。鉴于此挑战,正积极将费米子自旋与电路量子电动力学(cQED)相集成,后者原发展于超导量子比特领域,以实现单次、量子非破坏(QND)测量与长距离耦合。然而,由于将谐振腔耦合到由电荷限制势囚禁的粒子之困难,利用 cQED 对单个自旋进行单次读取一直未能实现。此处我们展示了首个单自旋的单次 cQED 读取。在我们的新颖实现中,该自旋是囚禁于半导体纳米线约瑟夫森元件 Andreev 能级中的单个超导准粒子的自旋。由于纳米线内的自旋轨道相互作用,此"超导自旋"直接决定通过该元件的超电流流动。我们利用此自旋依赖的超电流实现了零场自旋分裂以及准粒子与超导微波谐振腔间的长距离相互作用。鉴于该相互作用在器件中的强度,测量所得自旋依赖的谐振腔频率在 1.9 s 内以 92% 保真度产生 QND 自旋读取,并使我们能实时监测准粒子的自旋。这些结果铺平了新型"费米子 cQED"器件的道路:零磁场下工作的超导自旋量子比特、自旋对电路具有增强掌控力的器件,以及马约拉纳模的时域测量。
引用
@article{arxiv.1908.02800,
title = {Continuous monitoring of a trapped, superconducting spin},
author = {M. Hays and V. Fatemi and K. Serniak and D. Bouman and S. Diamond and G. de Lange and P. Krogstrup and J. Nygård and A. Geresdi and M. H. Devoret},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.02800},
year = {2020}
}