Geração de emaranhamento genuíno em todos os sentidos em sistemas de spin nuclear de defeito através de sequências de desacoplamento dinâmico

Geração de emaranhamento genuíno em todos os sentidos em sistemas de spin nuclear de defeito através de sequências de desacoplamento dinâmico

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Geração de emaranhamento genuíno em todos os sentidos em sistemas de spin nuclear de defeito por meio de sequências de desacoplamento dinâmico PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

Evangelia Takou, Edwin Barnes e Sophia E. Economou

Departamento de Física, Virginia Polytechnic Institute and State University, 24061 Blacksburg, VA, EUA
Virginia Tech Center for Quantum Information Science and Engineering, Blacksburg, VA 24061, EUA

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Sumário

Estados emaranhados multipartidos são um recurso essencial para detecção, correção quântica de erros e criptografia. Os centros de cores em sólidos são uma das principais plataformas para redes quânticas devido à disponibilidade de uma memória de spin nuclear que pode ser emaranhada com o spin eletrônico opticamente ativo por meio de sequências de desacoplamento dinâmico. Criar estados emaranhados elétron-nucleares nesses sistemas é uma tarefa difícil, pois as interações hiperfinas sempre ativas proíbem o isolamento completo da dinâmica alvo do banho de spin indesejado. Embora esta conversa cruzada emergente possa ser aliviada prolongando a geração de emaranhamento, as durações do portão excedem rapidamente os tempos de coerência. Aqui mostramos como preparar estados semelhantes a GHZ$_M$ de alta qualidade com o mínimo de interferência. Introduzimos o poder de emaranhamento $M$ de um operador de evolução, que nos permite verificar correlações genuínas em todos os sentidos. Usando parâmetros hiperfinos medidos experimentalmente de um spin central NV em diamante acoplado a spins de rede de carbono-13, mostramos como usar operações de emaranhamento sequenciais ou de disparo único para preparar estados semelhantes a GHZ$_M$ de até $M=10$ qubits dentro de restrições de tempo que saturam os limites das correlações $M$-way. Estudamos o emaranhamento de estados mistos de elétrons-nucleares e desenvolvemos um poder de emaranhamento não unitário de $M$ que captura adicionalmente correlações decorrentes de todos os spins nucleares indesejados. Derivamos ainda um poder de emaranhamento não unitário de $M$ que incorpora o impacto dos erros de defasagem eletrônica nas correlações de $M$-way. Finalmente, inspecionamos o desempenho de nossos protocolos na presença de erros de pulso relatados experimentalmente, descobrindo que sequências de desacoplamento XY podem levar a uma preparação de estado GHZ de alta fidelidade.

Resumo popular

Os spins de defeitos no estado sólido são candidatos atraentes para redes quânticas e detecção quântica. Eles possuem um qubit de spin eletrônico opticamente ativo que permite a comunicação com outros nós e o processamento rápido de informações, bem como spins nucleares de longa vida que podem armazenar informações quânticas. As memórias nucleares são frequentemente controladas indiretamente através do elétron e contribuem para vários protocolos quânticos. Os estados emaranhados elétron-nucleares atuam como um sensor aprimorado ou fornecem codificação robusta de informações que protege contra erros computacionais.

A utilização de plataformas de defeitos para tecnologias quânticas requer controle preciso sobre o emaranhado elétron-nuclear. Gerar emaranhamento nesses sistemas é um desafio, uma vez que o elétron se acopla a vários núcleos ao mesmo tempo. Uma maneira de controlar essas interações sempre ativas é aplicando pulsos periódicos no elétron. Esta abordagem emaranha o elétron com um subconjunto de spins do registro nuclear e “enfraquece” as interações restantes. O isolamento do elétron de alguns núcleos é muitas vezes imperfeito ou exige pulsos extremamente longos que levam à geração de emaranhamento lenta e defeituosa.

Fornecemos uma análise detalhada da estrutura multipartida do emaranhado elétron-nuclear em um registro arbitrariamente grande e desenvolvemos métodos para sua manipulação precisa. Isto é feito projetando portas emaranhadas que maximizam as chamadas “correlações de todos os sentidos” dentro de um subsistema a partir do registro e simultaneamente suprimem interações não intencionais decorrentes dos spins restantes. Inspecionamos como correlações residuais, erros de controle ou mecanismos de decoerência modificam a estrutura de emaranhamento multipartido. Nossa análise fornece uma compreensão completa da dinâmica de emaranhamento e abre caminho para técnicas de controle de maior precisão em plataformas baseadas em spin nuclear.

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[69] G. De Lange. “Controle quântico e coerência de spins interativos no diamante”. Tese de doutorado. Universidade de Tecnologia de 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 e Jens Siewert. “Possibilidade de relações de monogamia generalizada para emaranhamento multipartido além de três qubits”. Física. Rev. A 80, 032313 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032313

[72] Paolo Zanardi, Christof Zalka e Lara Faoro. “Poder emaranhado das evoluções quânticas”. Física. Rev. A 62, 030301 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.030301

Citado por

[1] Khoi-Nguyen Huynh-Vu, Lin Htoo Zaw e Valerio Scarani, “Certificação de emaranhamento multipartido genuíno em conjuntos de spin com medições de momento angular total”, arXiv: 2311.00806, (2023).

[2] Regina Finsterhoelzl, Wolf-Rüdiger Hannes e Guido Burkard, “Portas emaranhadas de alta fidelidade para qubits de spin eletrônico e nuclear em diamante”, arXiv: 2403.11553, (2024).

[3] Dominik Maile e Joachim Ankerhold, “Desempenho de registros quânticos em diamante na presença de impurezas de spin”, arXiv: 2211.06234, (2022).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2024-03-28 16:01:11). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

Não foi possível buscar Dados citados por referência cruzada durante a última tentativa 2024-03-28 16:01:09: Não foi possível buscar os dados citados por 10.22331 / q-2024-03-28-1304 do Crossref. Isso é normal se o DOI foi registrado recentemente.

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