Erzeugung einer echten All-Weg-Verschränkung in Defektkernspinsystemen durch dynamische Entkopplungssequenzen

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Erzeugung einer echten All-Weg-Verschränkung in Defekt-Kern-Spin-Systemen durch dynamische Entkopplungssequenzen PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Evangelia Takou, Edwin Barnes und Sophia E. Economou

Fachbereich Physik, Virginia Polytechnic Institute und State University, 24061 Blacksburg, VA, USA
Virginia Tech Center für Quanteninformationswissenschaft und -technik, Blacksburg, VA 24061, USA

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Abstrakt

Mehrteilige verschränkte Zustände sind eine wesentliche Ressource für die Sensorik, Quantenfehlerkorrektur und Kryptographie. Farbzentren in Festkörpern sind aufgrund der Verfügbarkeit eines Kernspinspeichers, der durch dynamische Entkopplungssequenzen mit dem optisch aktiven elektronischen Spin verschränkt werden kann, eine der führenden Plattformen für die Quantenvernetzung. Die Erzeugung verschränkter Elektronen-Kern-Zustände in diesen Systemen ist eine schwierige Aufgabe, da die ständig aktiven Hyperfeinwechselwirkungen eine vollständige Isolierung der Zieldynamik vom unerwünschten Spinbad verhindern. Während dieses entstehende Übersprechen durch eine Verlängerung der Verschränkungserzeugung gemildert werden kann, überschreiten die Gate-Dauern schnell die Kohärenzzeiten. Hier zeigen wir, wie man hochwertige GHZ$_M$-ähnliche Zustände mit minimalem Übersprechen erstellt. Wir führen die $M$-Verwirrungskraft eines Evolutionsoperators ein, die es uns ermöglicht, echte Korrelationen in alle Richtungen zu überprüfen. Anhand experimentell gemessener Hyperfeinparameter eines NV-Zentrumsspins in Diamant, gekoppelt an Kohlenstoff-13-Gitterspins, zeigen wir, wie sequentielle oder Einzelschuss-Verschränkungsoperationen verwendet werden können, um GHZ$_M$-ähnliche Zustände von bis zu $M=10$ Qubits herzustellen innerhalb von Zeitbeschränkungen, die die Grenzen der $M$-Wegkorrelationen sättigen. Wir untersuchen die Verschränkung gemischter Elektronen-Kern-Zustände und entwickeln ein nicht-unitäres $M$-Verschränkungsvermögen, das zusätzlich Korrelationen erfasst, die sich aus allen unerwünschten Kernspins ergeben. Wir leiten außerdem eine nicht-unitäre $M$-Verwirrungsleistung ab, die den Einfluss elektronischer Dephasierungsfehler auf die $M$-Wegkorrelationen berücksichtigt. Abschließend untersuchen wir die Leistung unserer Protokolle bei experimentell gemeldeten Impulsfehlern und stellen fest, dass XY-Entkopplungssequenzen zu einer hochpräzisen GHZ-Zustandsvorbereitung führen können.

Populäre Zusammenfassung

Festkörperdefektspins sind attraktive Kandidaten für Quantennetzwerke und Quantensensorik. Sie verfügen über ein optisch aktives elektronisches Spin-Qubit, das die Kommunikation mit anderen Knoten und eine schnelle Informationsverarbeitung ermöglicht, sowie über langlebige Kernspins, die Quanteninformationen speichern können. Kernspeicher werden oft indirekt durch das Elektron gesteuert und tragen zu mehreren Quantenprotokollen bei. Elektronen-Kern-verschränkte Zustände fungieren als verbesserter Sensor oder bieten eine robuste Informationskodierung, die vor Rechenfehlern schützt.

Die Nutzung von Defektplattformen für Quantentechnologien erfordert eine präzise Kontrolle der Elektron-Kern-Verschränkung. Die Erzeugung einer Verschränkung in diesen Systemen ist eine Herausforderung, da das Elektron gleichzeitig an mehrere Kerne koppelt. Eine Möglichkeit, diese ständig aktiven Wechselwirkungen zu kontrollieren, besteht darin, periodische Impulse auf das Elektron anzuwenden. Dieser Ansatz verwickelt das Elektron mit einer Teilmenge von Spins aus dem Kernregister und „schwächt“ die verbleibenden Wechselwirkungen. Die Isolierung des Elektrons von einigen Kernen ist oft unvollständig oder erfordert extrem lange Pulse, die zu einer langsamen und fehlerhaften Verschränkungserzeugung führen.

Wir bieten eine detaillierte Analyse der mehrteiligen Elektron-Kern-Verschränkungsstruktur in einem beliebig großen Register und entwickeln Methoden für deren präzise Manipulation. Dies geschieht durch die Entwicklung von Verschränkungstoren, die die sogenannten „All-Way-Korrelationen“ innerhalb eines Subsystems aus dem Register maximieren und gleichzeitig unbeabsichtigte Wechselwirkungen aufgrund der verbleibenden Spins unterdrücken. Wir untersuchen, wie Restkorrelationen, Kontrollfehler oder Dekohärenzmechanismen die mehrteilige Verschränkungsstruktur verändern. Unsere Analyse liefert ein umfassendes Verständnis der Verschränkungsdynamik und ebnet den Weg für präzisere Steuerungstechniken in Kernspin-basierten Plattformen.

► BibTeX-Daten

@article{Takou2024generationofgenuine, doi = {10.22331/q-2024-03-28-1304}, URL = {https://doi.org/10.22331/q-2024-03-28-1304}, title = {Erzeugung echter All-Weg-Verschränkung in Defekt-Kernspin-Systemen durch dynamische Entkopplungssequenzen}, Autor = {Takou, Evangelia und Barnes, Edwin und Economou, Sophia E.}, Zeitschrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, editor = {{Verein zur F{“{o}}rdung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, Volumen = {8}, Seiten = {1304}, Monat = März, Jahr = {2024} }

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[69] G. De Lange. „Quantenkontrolle und Kohärenz wechselwirkender Spins im Diamant“. Doktorarbeit. Technische Universität Delft. (2012).
https://doi.org/10.4233/uuid:7e730d04-c04c-404f-a2a8-4a8e62a99823

[70] „https:///cyberinitiative.org/“.
https:///cyberinitiative.org/

[71] Christopher Eltschka, Andreas Osterloh und Jens Siewert. „Möglichkeit verallgemeinerter Monogamiebeziehungen für mehrteilige Verschränkung über drei Qubits hinaus“. Physik. Rev. A 80, 032313 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032313

[72] Paolo Zanardi, Christof Zalka und Lara Faoro. „Verflechtungskraft der Quantenentwicklungen“. Physik. Rev. A 62, 030301 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.030301

Zitiert von

[1] Khoi-Nguyen Huynh-Vu, Lin Htoo Zaw und Valerio Scarani, „Zertifizierung der echten mehrteiligen Verschränkung in Spin-Ensembles mit Messungen des Gesamtdrehimpulses“, arXiv: 2311.00806, (2023).

[2] Regina Finsterhoelzl, Wolf-Rüdiger Hannes und Guido Burkard, „High-Fidelity Entangling Gates for Electron and Nuclear Spin Qubits in Diamond“, arXiv: 2403.11553, (2024).

[3] Dominik Maile und Joachim Ankerhold, „Leistung von Quantenregistern in Diamant in Gegenwart von Spinverunreinigungen“, arXiv: 2211.06234, (2022).

Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2024, 03:28:16 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.

Konnte nicht abrufen Crossref zitiert von Daten während des letzten Versuchs 2024-03-28 16:01:09: Von Crossref konnten keine zitierten Daten für 10.22331 / q-2024-03-28-1304 abgerufen werden. Dies ist normal, wenn der DOI kürzlich registriert wurde.

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