电子自旋量子比特的量子非破坏测量
介观与纳米尺度物理
2019-04-26 v1 量子物理
摘要
量子系统的测量不可避免地涉及各种形式的扰动。然而，在量子力学所施加的限制内，人们可以设计一种“理想”的投影测量，其不对被测量可观测量引入反作用，即所谓的量子非破坏（QND）测量。在此，我们展示了通过交换耦合的辅助量子比特对门定义量子点中的单个电子自旋进行全电学 QND 测量。该辅助量子比特编码于单态-三重态双电子子空间中，与单自旋纠缠，并随后以比自旋弛豫快两个数量级的速率进行单次投影测量读出。测量协议的 QND 性质由观察到针对任意输入态在百余次重复测量中读出保真度的单调提升所证实。我们利用最优推断方法从测量记录中提取信息，该方法对弛豫和退相位的存在具有容错性。QND 测量使我们能够以微小扰动观察孤立系统中的自发自旋翻转（量子跳跃）。结合自旋量子比特的高保真度控制，这些结果为包括量子纠错协议在内的各种基于测量的量子态操控铺平了道路。
引用
@article{arxiv.1904.11220,
title = {Quantum nondemolition measurement of an electron spin qubit},
author = {Takashi Nakajima and Akito Noiri and Jun Yoneda and Matthieu R. Delbecq and Peter Stano and Tomohiro Otsuka and Kenta Takeda and Shinichi Amaha and Giles Allison and Kento Kawasaki and Arne Ludwig and Andreas D. Wieck and Daniel Loss and Seigo Tarucha},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.11220},
year = {2019}
}
备注
This is a pre-print of an article published in Nature Nanotechnology. The final authenticated version is available online at: https://doi.org/10.1038/s41565-019-0426-x