应变调控金刚石薄膜异质结构中锡空位自旋量子比特的微波量子控制与相干保护
介观与纳米尺度物理
2023-10-09 v2 材料科学
量子物理
摘要
固体中稳健的自旋-光子接口是量子网络与传感技术的关键组成部分。理想的接口应兼具长寿命自旋存储、相干光学跃迁、快速高保真自旋操控以及简便的器件集成与可扩展性。金刚石中的锡空位中心(SnV)是一种颇具前景的自旋-光子接口，在1.7 K下具有理想的光学与自旋性质。然而，SnV自旋缺乏高效的微波控制，且其自旋相干性随温度升高而退化。本工作中，我们引入一种克服上述挑战的新平台——均匀应变薄金刚石膜中的SnV中心。受控产生的晶格应变引入轨道混合，从而实现自旋态的微波控制，门保真度达99.36(9)%，并将自旋相干保护延长至毫秒以上。此外，晶格应变的存在抑制了温度相关的退相干过程，使相干时间在4 K（常见低温系统中广泛可达的温度）下显著提升至223(10) μs。关键在于，光学跃迁的相干性不受升温影响，表现出近寿命极限的光学线宽。结合金刚石膜与器件集成的兼容性，所展示的平台是未来量子技术的理想自旋-光子接口。
引用
@article{arxiv.2307.11916,
title = {Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure},
author = {Xinghan Guo and Alexander M. Stramma and Zixi Li and William G. Roth and Benchen Huang and Yu Jin and Ryan A. Parker and Jesús Arjona Martínez and Noah Shofer and Cathryn P. Michaels and Carola P. Purser and Martin H. Appel and Evgeny M. Alexeev and Tianle Liu and Andrea C. Ferrari and David D. Awschalom and Nazar Delegan and Benjamin Pingault and Giulia Galli and F. Joseph Heremans and Mete Atatüre and Alexander A. High},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.11916},
year = {2023}
}