硅中核自旋量子比特在微波频率下的鲁棒电偶极跃迁

同位素富集的硅-28 中磷施主（$^{31}$P）的核自旋态是在固态中存储量子信息的极佳宿主。自旋对电场的不敏感性使得该固态量子比特具有创纪录的相干时间，但也使得与其他量子系统的耦合极具挑战性。在这里，我们描述了如何在微波频率下为核自旋产生强电偶极（$>100$ Debye）。这是通过将磁驱动施加于施主束缚电子的自旋，同时利用电场控制其电荷状态来实现的。在某些条件下，微波磁驱动还使得核自旋共振频率和电偶极对电噪声具有极强的抗干扰性，从而产生长（$>1$ ms）的退相干时间和鲁棒的门操作。然后，该核自旋可以与微波谐振器强耦合，产生约 1 MHz 量级的真空 Rabi 分裂，或者通过强电偶极-偶极相互作用与相距近半微米的其他核自旋强耦合。这项工作将 $^{31}$P 核量子比特引入了混合量子系统的领域，并为量子信息处理开辟了新途径。