Coherent control of single spins in silicon carbide at room temperature
固体中的自旋是量子自旋电子学的基石。领先的竞争者，如钻石中的缺陷，或硅中的个别磷掺杂剂，已经显示出惊人的进展，但要么错过了既定的纳米技术或有效的自旋光子界面。碳化硅（SiC）结合了两种系统的优点：它具有大的带隙和深缺陷，并受益于成熟的制造技术。在这里，我们报告的光致发光和光学自旋极化的SiC中的单硅空位的表征，并证明，单自旋可以在室温下解决。我们展示了单个缺陷自旋的相干控制，并在环境条件下发现了长自旋相干时间。我们的研究提供了证据，SiC是一个有前途的系统，原子尺度的自旋电子学和量子技术。
2014-10-31 cond-mat.mes-hall
Coherent control of intersubband optical bistability in quantum wells
利用密度矩阵方法结合含时密度泛函理论，研究了GaAs/AlGaAs量子阱中传导电子对强THz辐射的非线性子带间响应.我们演示了相干控制的ISB光学双稳态，使用太赫兹控制脉冲诱导皮秒开关之间的双稳态。开关速度由ISB弛豫和退相干时间T1和T2决定。
2003-12-20 cond-mat.mes-hall
Coherent control of electron spin qubits in silicon using a global field
硅自旋量子比特有望利用过去半个世纪硅纳米电子器件制造的非凡进展来提供大规模量子处理器。尽管使用硅技术具有可扩展性优势，但实现运行一些最苛刻的量子算法所需的数百万量子位的量子计算机仍然面临着几个突出的挑战，包括如何同时控制这么多量子位。最近，提出了紧凑的3D微波介电谐振器，作为仅使用单个微波源在整个量子芯片上递送用于自旋量子比特控制的磁场的方式。虽然证明了单个电子在全局微波场中的自旋共振，但自旋是不相干控制的。在这里，我们报告的相干拉比振荡的单电子自旋量子比特在平面硅MOS量子点器件使用的全球磁场产生的芯片外。对介质谐振器驱动的相干量子比特控制的观察为在基于自旋的量子计算机中实现大规模控制建立了可靠的途径。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall
Coherent dynamics of localized excitons and trions in ZnO/(Zn,Mg)O quantum wells studied by photon echoes
利用时间分辨四波混频方法，在1.5~K温度下，光学研究了掺杂$δ$的3.5 nm厚ZnO/Zn $_{0.91}$ Mg $_{0.09}$ O多量子阱中三电子和激子的相干演化.在$χ^{(3)}$制度中采用光谱窄的皮秒激光脉冲使我们能够解决不同的本地化trion和激子状态，从而避免多体相互作用和激发诱导的退相。来自带负电荷的A激子（T $_\text{A}$，trions）的光子回波形式的信号以相干时间从8到60 ps变化的方式衰减，这取决于trions能量：更强的局域化trions揭示更长的相干动力学。局域中性激子在皮秒时间尺度上衰减，相干时间高达$T_2=4.5$ ~ps。X $_\text{B}$激子和T $_\text{B}$三子的相干动力学非常短（$T_2<1$ ~ps），这归因于三子和激子B态到各自A态的快速能量弛豫。氚粒子布居动力学的特征是衰变时间$T_1$随氚能量的降低而从30~ps上升到100~ps。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall
Gate-reflectometry dispersive readout and coherent control of a spin qubit in silicon
硅自旋量子比特已经成为大规模量子处理器的一条有前途的道路。在这种前景下，涉及最小设备开销的可扩展量子位读出方案的开发是引人注目的一步。在这里，我们报告的实施栅耦合射频反射色散读出一个功能齐全的自旋量子位器件。我们使用的是采用行业标准硅技术制造的p型双栅极晶体管。第一个门限制了一个编码自旋量子位的孔量子点，第二个门限制了一个能够读出的辅助点。量子比特状态是通过集总元件谐振器对自旋选择性点间隧穿的相位响应来测量的。演示的量子位读出方案不需要耦合到费米水库，从而提供了一个紧凑的和潜在的可扩展的解决方案，其操作可以扩展到1.K以上。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall
Picosecond Spin-Orbit Torque Induced Coherent Magnetization Switching in a Ferromagnet
本研究通过避免磁畴成核过程并相干驱动磁化，实验实现了无孵化延迟的皮秒级超快自旋轨道力矩诱导铁磁体翻转，完全翻转仅需约250 ps，为大幅提升SOT-MRAM器件写入速度提供了潜在途径。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Complete Coherent Control of Silicon-Vacancies in Diamond Nanopillars Containing Single Defect Centers
相同且可单独寻址的量子位阵列为创建可扩展的量子硬件（如量子处理器和中继器）奠定了基础。金刚石（SiV）中的硅空位中心提供了优异的物理特性，例如低非均匀加宽，快速光子发射和大的Debye-Waller因子，而全光学超快操纵和延长自旋相干时间的技术的可能性使它们成为量子比特的非常有前途的候选者。在这里，我们已经开发出阵列的纳米柱含有单一的SiV中心与高产率，我们展示了超快的全光学完整的相干控制的一个单一的SiV中心的状态。化学气相沉积（CVD）生长的SiV中心的高质量提供了优异的光谱稳定性，这使我们能够使用超快光脉冲在皮秒时间尺度上相干操纵和准共振读出单个SiV中心的状态。这项工作为创建可扩展的芯片上金刚石平台，用于量子信息处理和可扩展的纳米光子学应用开辟了新的机会。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall
Quantum Coherent States and Path Integral Method to Stochastically Determine the Anisotropic Volume Expansion in Lithiated Silicon Nanowires
该研究结合量子相干态、光子密度波、Maxwell 应力张量、光放大与路径积分，用 Poisson 随机分析解释锂化硅纳米线沿 <110>、<111>、<112> 方向的各向异性膨胀，并与 TEM、DFT 和 MD 结果相符。
2024-03-01 cond-mat.mes-hall
Sub picosecond steering of ultrafast incoherent emission from semiconductor metasurfaces
从单片集成光源动态控制飞秒脉冲的能力是纳米光子学和超快光学领域的一个重要里程碑。由光学共振元原子组成的可重构超表面的新生领域已经显示出通过亚波长控制光的相位，振幅和偏振来操纵光-物质相互作用的巨大前景。这些有源超颖表面使用可重构的空间相位轮廓任意地变换入射波前，并且因此被限制于操纵相干外部源。通过将非相干发射体与超原子集成而获得的发光超颖表面已经被用于通过Purcell因子增强静态地增加发射的量子效率，并且控制光的远场发射特性以准直和聚焦自发发射。然而，这种非相干光源的主动操纵仍然是一个挑战，因为当前用于相干光源的相敏方法不能直接应用。非相干光发射超快时间尺度的时空控制可能会带来变革性的技术飞跃，使低功率发光二极管（LED）能够取代高功率相干激光源，从而实现全息LED显示器和其他关键光收发器应用，包括遥感、感知和高速光通信系统。在这项工作中，我们首次从理论上预测和实验上证明，在70°范围内的超快非相干发射从发光超颖表面的亚皮秒转向。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Coherent Single Charge Transport in Molecular-Scale Silicon Nanowire Transistors
我们报道了分子尺度硅纳米线的低温电输运研究。单个纳米线表现出良好定义的库仑阻塞振荡特性的电荷添加到一个单一的纳米结构的长度尺度高达至少400 nm。进一步的研究表明，通过离散的单粒子量子级扩展整个设备的相干电荷输运，并表明基态自旋配置遵循Lieb-Mattis定理。此外，耗尽的纳米线表明，相位相干的单点特性是可访问的制度，其中相关性很强。
2004-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent optical control of the spin of a single hole in a quantum dot
我们演示了相干光控制的单个空穴自旋限制在一个InAs/GaAs量子点。通过自旋极化的电子-空穴对的快速（10-100 ps）解离产生空穴自旋态的叠加。通过结合围绕两个轴的相干旋转来实现对空穴自旋的完全控制：围绕外部Voigt几何磁场的空穴自旋的Larmor进动，以及由于与空穴-trion跃迁共振的皮秒激光脉冲引起的几何相移而围绕光轴的旋转。
2012-01-06 cond-mat.mes-hall
Picosecond acoustic excitation driven ultrafast magnetization dynamics in dielectric Bi-substituted yttrium iron garnet
利用飞秒光脉冲，我们研究了超快磁化动力学诱导的铋取代钇铁石榴石（Bi-YIG）埋在厚的Cu/Pt金属双层的介质膜。我们发现，从Pt表面激发样品发射声应变脉冲传播到石榴石膜。我们发现，这种应变脉冲在铁磁共振的频率下在Bi-YIG中引起相干磁化进动。观察到的现象可以解释通过逆磁致伸缩效应的磁晶各向异性的应变引起的变化。这些发现为复杂异质结构器件中磁性石榴石的磁化控制开辟了新的视角。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent transport through a double donor system in silicon
量子相干性对于基于施主的量子计算的适用性至关重要。在这封信中，我们描述了在纳米MOSFET中的两个施主引起的导电路径的干扰，导致Fano共振的观察。这证明了两个供体之间的电子的相干交换。此外，两个传导路径之间的相位差可以通过磁场来调节，完全类似于Aharonov-Bohm效应。
2009-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Coherent control of defect spins in silicon carbide above 550 K
由于碳化硅中的缺陷具有良好的光学和自旋特性，人们对其进行了大量的研究。然而，大多数研究都是在低温和室温下进行的。关于高温下的自旋相干性质知之甚少。在这里，我们的实验表明，在550 K以上的碳化硅双空位缺陷自旋的相干控制。研究了从室温到600 K温度范围内缺陷的自旋特性，发现零场分裂与温度呈多项式关系，自旋相干时间随温度的升高而减小.此外，作为一个应用的例子，我们演示了一个热传感使用拉姆齐方法在约450 K。我们的实验结果将有助于研究缺陷自旋的高温特性和碳化硅基宽温区量子传感。
2018-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin qubit transport in silicon
容错量子处理器可以使用仅与它们最近的邻居相互作用的静止量子比特来配置，但是以每个逻辑量子比特的物理量子比特的显著开销为代价。这种开销可以通过在芯片上相干地传输量子比特来减少，从而允许直接相邻的连接。在这里，我们展示了在同位素富集的硅中的量子点之间的电子自旋量子比特的高保真相干传输。我们观察了量子位的进动在网站间隧道制度和评估的影响，量子位输运使用拉姆齐干涉术和量子态层析技术。我们报告了99.97%的偏振传输保真度和99.4%的平均相干传输保真度。我们的研究结果提供了高保真度的关键要素，芯片上的量子信息分布，长期设想，加强硅基自旋量子比特的缩放前景。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Coherent Spin-Photon Interface in Silicon
硅量子点中的电子自旋由于其长的相干时间和使用半导体制造技术快速缩放的前景而对于量子计算是有吸引力的系统。虽然已经证明了两个自旋的最近邻交换耦合，但是经由微波频率光子的自旋相互作用可以实现长距离自旋-自旋耦合和“全对全”量子比特连接。本文证明了硅中单个自旋与微波频率光子之间的强耦合，自旋-光子耦合率g_s/（2π）> 10 MHz。在磁场梯度存在下，使相干自旋-光子相互作用成为可能的机制是基于自旋-电荷杂化。除了自旋-光子耦合，我们还展示了在器件中对单个自旋的相干控制和使用腔光子的量子非破坏自旋态读出。这些结果为利用微波频率光子纠缠单自旋开辟了一条直接途径。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control of the silicon-vacancy spin in diamond
金刚石中的自旋杂质已经成为广泛的基于固态的量子技术中有前途的构建块。带负电荷的硅空位中心结合了其高质量光子特性与基态电子自旋的优势，可以通过光学方式读出。然而，要使这种自旋作为量子比特进行操作，完全的量子控制是必不可少的。在这里，我们报告的测量光学检测磁共振和示范的相干控制的一个单一的硅空位中心自旋与微波场。利用Ramsey干涉法，我们直接测量了3.6K下的自旋相干时间T2*，为115 +/- 9 ns。相干时间的温度依赖性表明，退相和衰变的自旋引起的基态的轨道分支之间的单声子介导的激发。我们的结果使硅空位中心自旋成为一个可控的资源，建立自旋光子量子界面。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-optical formation of coherent dark states of silicon-vacancy spins in diamond
金刚石中的自旋杂质可以成为各种固态量子技术的通用工具，但找到在光子和自旋性质方面都具有足够质量的自旋杂质仍然是这一追求的挑战。硅空位中心由于其自旋可及的光学跃迁和高质量的光谱而引起了人们的广泛兴趣。作为这些性质的补充，自旋相干性对于该中心作为自旋光子量子界面的适用性是必不可少的。在这里，我们报告了利用相干布居俘获在带负电荷的硅空位中心的基态中产生自旋态的相干叠加的全光产生。我们的测量揭示了一个特征的自旋相干时间，T2*，超过250纳秒在4 K。我们进一步研究了声子介导的轨道状态之间的耦合作为不可逆退相干的来源的作用。我们的研究结果表明了利用超快激光脉冲对硅空位自旋进行全光相干控制的可行性。
2014-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Josephson phase qubit with a single crystal silicon capacitor
我们在约瑟夫森相位量子比特中加入了一个单晶硅并联电容。该电容器是从一个商业绝缘体上硅晶片。Bosch反应离子蚀刻用于创建悬浮的硅膜;随后两侧的金属化用于形成电容器。晶体硅优异的介电损耗导致量子位能量弛豫时间显著增加。测量到的T1时间高达1.6微秒，比非晶相量子比特中看到的大两倍多。该设计易于扩展到包含多个量子位和谐振器的较大集成电路。
2012-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent spin-valley oscillations in silicon
硅量子点中的电子自旋是优秀的量子比特，因为它们具有长的相干时间、高的栅极分辨率，并且与先进的半导体制造技术兼容。谷自由度是Si自旋量子比特中电子的一个独特特征，它是由Si能带结构的特殊性引起的。然而，不同谷能级之间的微小能量差异常常对Si中的量子计算构成挑战。在这里，我们表明，在Si中的自旋谷耦合，使不同的自旋和谷量子数的状态之间的过渡，使相干控制的电子自旋在Si中。我们演示了在没有交流磁场或电场的情况下，对Si/SiGe双量子点中有效单电子和双电子自旋态的相干操纵。我们的结果表明，谷自由度，这往往被认为是一个不便，本身可以使量子操纵的电子自旋态。
2021-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Relaxation of excited spin, orbital, and valley qubit states in single electron silicon quantum dots
我们扩展了以前的工作，在量子计算的背景下，对待理想的，单电子，硅量子点的低激发态的弛豫物理。这些状态有三种类型：轨道、谷和自旋。弛豫时间敏感地依赖于系统参数，如点的大小和外部磁场。然而，一般来说，应变硅的轨道弛豫时间很短（从十分之一微秒到皮秒），自旋弛豫时间很长（微秒到大于秒），而谷弛豫时间预计介于两者之间。重点是由于声子的发射或吸收的弛豫，但对于自旋弛豫，我们也考虑竞争机制，如电荷噪声。在适当的情况下，与参考系进行比较，例如III-V材料中的量子点和硅施主态。声子瓶颈效应被证明是相当小的硅点的兴趣。我们比较的理论预测最近的一些自旋弛豫实验和评论的非理想点的可能影响。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control of nitrogen-vacancy center spins in silicon carbide at room temperature
具有可操纵自旋量子比特和远程通信荧光的固态色心是量子通信和分布式量子计算的理想平台。在这项工作中，我们相干控制的氮空位（NV）在碳化硅中心自旋在室温下，其中检测到的电信波长的发射。我们通过优化注入条件将NV浓度提高了六倍。因此，在室温下实现了NV中心自旋的相干控制，并且相干时间T2可以达到约17.1 μs。此外，单NV中心的荧光性质的研究表明，它们是室温光稳定的电信范围内的单光子源。利用技术成熟的材料，实验表明，碳化硅中的NV中心是大规模集成量子光子学和长距离量子网络的有前途的平台。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent electron transport in silicon quantum dots
由于硅是自旋量子比特的首选材料，并且出于可扩展的量子计算机体系结构对快速可靠的量子信息片上传输的需求，我们研究了硅双量子点中的相干电子输运。我们首先研究了硅双点中的谷轨道动力学，并讨论了如何正确地测量隧道耦合以及两个量子点之间的谷相位差。然后，我们专注于可能的相位和自旋翻转的错误，在整个硅双点自旋运输。特别是，我们澄清校正的有效$g$ -因子的电子自旋从双点限制电位，并量化所产生的相位误差。然后，我们研究自旋保真度损失由于自旋谷混合，这是硅量子点的一个独特的功能。我们表明，谷之间的小相位校正可能会导致显着的相干性损失。我们还研究了由外部非均匀磁场或内部自旋轨道耦合引起的自旋翻转误差。我们表明，谷的存在使得有可能有更广泛的（在interdot失谐方面）的水平反交叉相比，典型的反交叉，例如，GaAs双点，和这样广泛的反交叉导致放大自旋翻转错误。最后，我们设计了一个脉冲序列，利用硅双点的多电平反交叉和采用朗道-齐纳跃迁来抑制各种可能的自旋翻转错误。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Acoustic Control of a Single Silicon Vacancy Spin in Diamond
声子被认为是通用的量子换能器，因为它们能够耦合到各种各样的量子系统。在这些系统中，已知固态点缺陷自旋是长寿命的光学可访问量子存储器。最近，研究表明，金刚石中的反转对称缺陷，如带负电荷的硅空位中心（SiV），具有对应变高度敏感的自旋量子位。在这里，我们利用这种应变响应来实现单个SiV自旋的相干和低功率声学控制，并执行单个自旋的声学驱动拉姆齐干涉测量。我们的研究结果表明，这些系统的自旋控制的一种新的和有效的方法，提供了一个强大的自旋-声子耦合和声子介导的混合量子系统的路径。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent transfer of quantum information in silicon using resonant SWAP gates
基于硅量子点自旋的固态量子处理器正在成为量子信息处理的强大平台。高保真度的单量子位和双量子位门最近已经被证明，大型可扩展量子位阵列现在被常规制造。然而，双量子比特门是通过最近邻交换相互作用介导的，这需要直接波函数重叠。这限制了这些设备的整体连接性，并且是实现纠错、量子随机存取存储器和多量子比特量子算法的主要障碍。为了扩展连接性，量子比特可以使用量子SWAP门在设备周围穿梭，但相位相干SWAP尚未在硅设备中实现。在这里，我们展示了一种新的单步谐振SWAP门。我们首先使用门来有效地初始化和读出我们的双量子点。然后，我们表明，门可以移动自旋本征态在100 ns的平均保真度$\bar{F}_{SWAP}^p$ = 98%。最后，任意两个量子比特的产品状态的转移基准使用状态断层扫描和Clifford随机基准，产生的平均保真度为$\bar{F}_{SWAP}^c$ = 84%的门操作时间为~300 ns。通过相干自旋输运，我们的共振SWAP门实现了非相邻量子比特的耦合，从而为使用硅自旋量子比特的大规模实验铺平了道路。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent population trapping and spin relaxation of a silicon vacancy center in diamond at mK temperatures
该研究在4 K至100 mK横向磁场下实验探究了金刚石硅空位中心的相干布居俘获与自旋弛豫，发现低温下声子退相干减弱且双声子自旋翻转跃迁主导基态自旋弛豫，使自旋寿命增加近100倍。
2024-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin dynamics of hyperfine-coupled vanadium impurities in silicon carbide
量子技术的进步在很大程度上是通过金刚石中的氮空位中心实现的。然而，它的部分性质是不理想的，这推动了对其他自旋活性晶体缺陷的研究。其中一些具有更强的自旋轨道和超精细耦合的能量标度，但这如何影响它们的自旋相干性却很少探索。碳化硅中的钒就是这样一种系统，其在电信波长的光发射和与半导体工业的兼容性具有技术兴趣。在这里，我们展示了相干自旋动力学的钒缺陷周围的时钟过渡，研究而孤立，或耦合到邻近的核自旋的合奏。我们发现自旋退相时间高达7.2 $μ$ s，并通过自旋回波研究相干寿命远远超过几十微秒。我们展示了操作点，其中强耦合到相邻的核自旋不妥协的中心钒自旋的相干性，这确定了如何将这些可以作为一个相干的自旋寄存器。我们的研究结果是相关的理解具有类似的能量尺度和晶体对称性，目前在金刚石，碳化硅和六方氮化硼探索的缺陷的广泛类别。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-sensing coherent charge oscillations in a silicon field-effect transistor
由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的小型化引起的量子力学效应阻碍了场效应晶体管的性能和可扩展性前景。然而，这些量子效应，如隧道效应和相干性，可以利用现有的CMOS技术进行量子信息处理。在这里，我们报告的观察相干电荷振荡的双量子点中形成的硅纳米线晶体管检测通过其分散的相互作用与通过栅极耦合的射频谐振电路。点间电荷跃迁时的差分电容变化使我们能够监测系统在强驱动状态下的状态，在强驱动状态下，我们观察到Landau-Zener-St{ü}ckelberg-Majorana干扰对谐振器相位响应的影响。色散信号的理论分析表明，必须包括量子和隧穿电容的变化来描述量子比特谐振器的相互作用。此外，干涉图案的傅立叶分析揭示了电荷相干时间，$T_2\approx 100$ ~ps。我们的研究结果表明，在一个简单的硅晶体管的电荷相干控制和读出，并开辟了在现有的CMOS技术实现电荷和自旋量子位的可能性。
2016-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling and coherent electrical control of two dopants in a silicon nanowire
在固态系统中对单个原子或分子进行电控制，为将量子力学功能引入电子学提供了一种很有前途的方法。这个想法最近进入了硅技术的既定领域，导致了单原子晶体管的实现，并首次测量了单施主中的电子自旋动力学。在这里，我们表明，我们可以电耦合两个施主嵌入在一个多栅硅晶体管，并通过微波信号诱导其电荷态的相干振荡。我们测量了两个施主之间的单电子隧穿，这揭示了它们的能谱。最低的能量状态，对应于位于两个施主中的任一个上的单个电子，形成与所有其他电子能级分离的两能级系统（TLS）。这种TLS的千兆赫兹驱动导致与多达10个微波光子的吸收或受激发射相关的量子干涉图案。我们估计电荷退相时间为0.3纳秒，与其他类型的电荷量子比特一致。然而，这里，相对短的相干时间可以通过快速操作信号（原则上高达1太赫兹）来抵消，如分离施主原子中的基态和激发态的大的空能量窗口所允许的。所展示的两个施主的相干耦合构成了硅中基于施主的量子计算器件的重要一步。
2012-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent coupling between a quantum dot and a donor in silicon
硅芯片中的单个施主被用作具有极低错误率的量子比特。然而，物理实现仅限于一个供体，因为它们的原子大小导致制造挑战。相比之下，量子点量子位使用电栅极电压是高度可调节的。这种可调节性可以被利用来确定性地将供体耦合到量子位阵列中的量子点。在这项工作中，我们证明了$^{31}$ P施主电子与金属氧化物半导体量子点的电子的相干相互作用。我们形成一个逻辑量子比特编码的自旋单重态和三重态的双电子系统。我们证明了施主核自旋通过接触超精细相互作用驱动电子量子比特态之间的相干旋转。这为紧凑的双电子自旋量子比特提供了每一个关键元素，只需要一个点，不需要额外的磁场梯度，以及与核自旋量子比特相互作用的手段。
2017-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-optical coherent population trapping with defect spin ensembles in silicon carbide
碳化硅中的双空位缺陷具有长寿命的电子自旋态和尖锐的光学跃迁，其性质类似于金刚石中的氮空位缺陷。我们报道了在4 H-SiC上研究自旋态零声子线跃迁的全光寻址实验。我们的磁谱结果确定了自旋$S=1$结构的基态和激发态，并通过系统间交叉衰变的作用。我们使用这些结果证明相干布居捕获的自旋态与双空位合奏，具有特定的方向在SiC晶体。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Control of dephasing in spin qubits during coherent transport in silicon
本文从理论上研究了硅中自旋量子比特相干传输的误差来源，分析了隧穿耦合、磁场和自旋轨道效应的影响，识别了应避免的增强退相干区域，为大规模量子处理器设计提供指导。
2023-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Control of a Single Silicon-29 Nuclear Spin Qubit
由宿主晶体的核自旋引起的磁涨落通常是许多类型的固态自旋量子比特的退相干的主要来源。在第四族材料中，自旋轴承核是足够罕见的，它是可能的识别和控制个别主机核自旋。这项工作提出了第一个实验检测和操纵的一个单一的$^{29}$硅核自旋。量子非爆破（QND）单次读出的自旋证明，和哈恩回波测量揭示了$T_2 = 6.3(7)$ ms的相干时间-与散装实验非常一致。原子模型结合提取的实验参数提供了可能的晶格位置的$^{29}$硅原子的调查。这些结果表明，单个$^{29}$ Si核自旋可以作为基于硅自旋的量子计算机中的有价值的资源。
2014-08-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulated coherent electron shuttling in silicon quantum dots
数值模拟了单电子在硅量子点中的穿梭过程。一个最小的门几何结构没有明确的隧道势垒门，并用于定义一个链的积累模式量子点，每个由一个单一的栅极电压控制。一维势是从三维静电模型中导出的，并用于构造有效的哈密顿量以进行有效的模拟。控制脉冲序列通过保持固定的绝热性来设计，使得可以系统地比较不同的穿梭条件。我们首先使用这些工具来优化器件的几何形状，以获得最大的传输速度，只考虑轨道状态，忽略谷和自旋自由度。考虑到实际的几何约束，电荷穿梭速度高达$\sim$ 300 m/s保持绝热性。通过在有效哈密顿量中加入自旋轨道和谷项，使单重态对中的一个成员穿梭，并跟踪纠缠保真度，模拟了相干自旋输运。在实际的器件和材料参数下，当隧穿能量超过塞曼能时，得到了10-100 m/s范围内的梭速和高自旋纠缠态.高保真度还要求点间谷相位差低于由隧穿能量和塞曼能量的比率确定的阈值，使得自旋-谷-轨道混合较弱。在这个制度中，我们发现，不忠的主要来源是一个相干的自旋旋转，是可纠正的，在原则上。这些结果与同位素纯化硅中大规模自旋量子比特处理器的建议有关，该处理器依赖于自旋的相干穿梭来快速地在计算节点之间分配量子信息。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent electronic Raman excitation of valley-orbit split states of phosphorus dopants in silicon
Charles University（查理大学）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）
本研究通过相干光学激发实现了硅中磷受体谷-轨道分裂态的电子拉曼跃迁，并揭示了载流子密度对波包特性的影响及非共振激发条件下的跃迁机制。
2026-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Identification and tunable optical coherent control of transition-metal spins in silicon carbide
宽带隙半导体中的色心是量子技术的有吸引力的系统，因为它们可以结合长相干电子自旋和明亮的光学性质。几个合适的中心已被确定，最著名的是金刚石中的氮空位缺陷。然而，通信技术的集成受到其光跃迁位于电信波长带之外的事实的阻碍。碳化硅中的几种过渡金属杂质确实在电信波长或附近发射，但关于它们的自旋和光学性质的知识并不完整。我们提出了在近红外波长的跃迁碳化硅中的氘杂质自旋的全光识别和相干控制。我们的研究结果确定自旋$S=1/2$的电子基态和激发态，具有高度各向异性的自旋特性，我们申请实施光学控制的基态自旋相干性。我们的研究结果表明，$\sim$ 60 ns的光学寿命和非均匀的自旋退相时间为$\sim$ 0.3 $μ$ s，建立量子自旋光子接口的相关性。
2018-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Control of Coherent Acoustic Phonons
利用亚皮秒光泵浦探测技术，在InGaN多量子阱结构中产生并控制了相干区带折叠纵向声学声子（ZFLAPs）。一个泵，一个探针的差分传输技术表明，载流子注入附近的势垒带边缘被迅速捕获到量子阱，并产生强相干ZFLAP振荡。双泵浦差分传输通过两个泵浦脉冲的相对定时和幅度来产生和控制相干ZFLAP振荡。证明了ZFLAP振荡的增强和抑制，包括在任何材料系统中首次完全消除所产生的声学声子。相干控制被用来证明ZFLAPs产生不同的InGaN多量子阱比GaAs/AlAs超晶格。
2001-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Quantum Oscillations in a Silicon Charge Qubit
实验研究了Si/SiGe异质结双量子点中电荷量子比特的快速量子振荡。测得的非均匀退相时间T2* 范围从127 ps到~ 2.1 ns;它基本上取决于两个量子比特状态的能量差如何随外部电压变化，与由失谐噪声（改变量子比特双阱电势的不对称性的电荷噪声）主导的退相干过程一致。在具有最短T2* 的制度中，施加电荷回波脉冲序列将测量的非均匀退相干时间从127 ps增加到760 ps，表明低频噪声过程是重要的失相机制。
2013-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control and high-fidelity readout of chromium ions in commercial silicon carbide
过渡金属离子在宽带隙半导体中提供丰富的光学活性缺陷自旋。碳化硅（SiC）中的铬（Cr 4+）产生自旋1基态，具有窄的、光谱隔离的、自旋选择性的、近电信光学界面。然而，以前的研究受到材料质量的阻碍，导致有限的一致性控制。在这项工作中，我们将Cr注入到商业4 H-SiC中，并在1600 ℃以上退火后显示出最佳的缺陷激活。我们测量的合奏光学孔线宽为31 MHz，一个数量级的改进相比，生长的样品。光学和自旋动力学的深入探索揭示了高效的自旋极化，相干控制和高保真度（79%）的读出。我们报告的T1时间大于1秒，在低温（15 K）与T2* = 317纳秒和T2 = 81微秒，其中自旋退相时间是目前有限的自旋自旋相互作用内的缺陷合奏。我们的研究结果表明，Cr 4+在SiC作为一个外在的，光学活性的自旋量子比特的潜力。
2019-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors
使用两个量子比特门在远程量子处理器处控制量子比特之间的纠缠是量子计算的可扩展的模块化实现的基本功能。在众多量子位平台中，硅量子点中的自旋量子位具有大规模集成的前景以及它们的纳米加工能力。然而，连接遥远的硅量子处理器具有挑战性，因为自旋量子位中的双量子位门通常利用短程交换耦合，这仅在最近的相邻量子点之间有效。在这里，我们通过相干自旋穿梭演示了自旋量子位之间的双量子位门，这是连接远程硅量子处理器的关键技术。自旋量子位的相干穿梭使得交换耦合的有效切换具有超过1,000的开/关比，同时对于相邻点之间的单次穿梭保持99.6%的自旋相干性。通过这种穿梭模式交换控制，我们展示了一个保真度为93%的双量子比特控制相位门，通过随机基准测试进行评估。将我们的技术与量子比特在大型量子点阵列上的相位相干穿梭相结合，将为远程硅量子处理器之间的量子链路提供可行的路径，这是大规模量子计算的关键要求。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Designing Small Silicon Quantum Dots with Low Reorganization Energy
进行第一性原理激发态分析以识别产生具有低激子重组能的硅量子点的方法。这些集中在一般的战略，无论是减少或限制激子-声子耦合，和四种方法进行了探讨。结果可以在量子点固体中实现，以减轻极化子效应并增加相干激子叠加的寿命。它表明，这样的设计也可以用来改变重组的频谱密度的形状，以减少双方的退相干和耗散率。结果表明，设计支持部分相干激子输运的量子点固体是可能的。
2015-05-12 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Coherent electrical control of a single high-spin nucleus in silicon
核自旋是高度相干的量子物体。在大型集合中，通过磁共振对其进行控制和检测被广泛利用，例如在化学、医学、材料科学和采矿中。核自旋也是量子信息处理的早期想法和演示的特色。将这些想法按比例放大需要控制单个原子核，这些原子核在与电子耦合时可以被检测到。然而，需要通过振荡磁场来寻址原子核，这使得它们在多自旋纳米级设备中的集成变得复杂，因为场不能被局部化或屏蔽。通过电场的控制可以解决这个问题，但以前的方法依赖于通过电子-核超精细相互作用将电信号转换成磁场，这严重影响了核相干性。在这里，我们展示了一个单一的锑（自旋-7/2）核的相干量子控制，使用局部电场内产生的硅纳米电子器件。该方法利用了1961年首次提出的想法，但从未在单个原子核上实现过。我们的研究结果定量支持的微观理论模型，揭示了纯电调制的核电四极相互作用，在晶格应变的存在下，在相干核自旋跃迁的结果。自旋退相时间为0.1秒，超过了通过需要耦合电子自旋用于电驱动的方法获得的那些数量级。这些结果表明，高自旋四极核可以作为混沌模型，应变传感器和混合自旋力学量子系统，使用全电控制。将电子可控的原子核与量子点结合起来，可以为可扩展的基于原子核和电子自旋的硅量子计算机铺平道路，这种计算机不需要振荡的磁场。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Dressed Spin Qubit in Silicon
量子二能级系统的相干修整提供了对具有改进性质的新量子系统的访问-不同且易于调谐的能级分裂、更快的控制和更长的相干时间。在我们的工作中，我们研究了硅中修饰的施主束缚电子自旋的性质，并探讨了其在可扩展架构中作为量子比特的潜力。这两个修饰的自旋极化激元能级构成了一个量子比特，该量子比特可以用振荡磁场、振荡电场、通过对驱动场进行频率调制或通过简单的失谐脉冲来相干地驱动。我们测量了$T_{2ρ}^*=2.4$ ms和$T_{2ρ}^{\rm Hahn}=9$ ms的相干时间，比未修饰的量子位长一个数量级。此外，使用修饰态使得固态自旋能够相干耦合到电场和机械振荡。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase locking nuclear spins in silicon with spin-orbit coupling
Department of Physics and Astronomy, University of Rochester（罗切斯特大学物理与天文系）；University of Rochester Center for Coherence and Quantum Science（罗切斯特大学相干性与量子科学中心）
通过电子自旋轨道耦合作为相位参考，实现了硅量子点中核自旋的相位锁定，并测量了其相干进动与非均匀退相。
2026-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature coherent optical manipulation of single-hole spins in solution-grown perovskite quantum dots
固态自旋相干性的操纵是量子信息处理的一个重要范例。目前的系统要么在非常低的温度下运行，要么难以扩大规模。因此，开发低成本、可扩展的材料，其自旋可以在室温下相干操纵，对于量子信息科学的可持续未来具有高度吸引力。在这里，我们报告的环境条件下的全光学初始化，操作和读出的溶液生长的CsPbBr3钙钛矿量子点的合奏中的单孔自旋。单孔自旋是通过亚皮秒电子清除后，圆偏振飞秒脉冲激发。横向磁场诱导自旋进动，第二个非共振飞秒脉冲通过强的光-物质相互作用相干旋转空穴自旋。这些操作在室温下几乎完成了对单空穴自旋的量子态控制。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal quantum logic in hot silicon qubits
量子计算需要许多量子比特，这些量子比特可以被相干控制并相互耦合。使用光刻技术定义的量子位通常被认为是有前途的可扩展性平台，因为它们可以使用半导体制造技术实现。然而，领先的固态方法仅在低于100 mK的温度下起作用，其中冷却能力极其有限，这严重影响了实际量子计算的前景。最近对硅中自旋的研究表明，通过展示长自旋寿命、基于门的自旋读出和相干单自旋控制，可以在更高温度下操作的平台已经迈出了一步，但关键的两个量子位逻辑门一直缺失。在这里，我们证明了硅量子点可以具有足够的热鲁棒性，以实现高于1开尔文的通用门设置的执行。我们通过电子自旋共振（ESR）和泡利自旋封锁读出获得单量子比特控制。我们展示了两个量子比特的单独相干控制，并测量了高达99.3%的单量子比特的相干性。我们展示了从0.5到18 MHz的两个自旋之间的交换相互作用的可调谐性，并使用它来执行相干双量子比特控制旋转（CROT）。在半导体平台上演示“热”和通用量子逻辑为量子集成电路铺平了道路，量子集成电路将量子硬件及其控制电路全部托管在同一芯片上，为实用量子信息提供了可扩展的方法。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopic Signatures of Electron-Phonon Coupling in Silicon-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的空位中心已被证明是量子相干光电子应用的可行的固态平台。在众多的空位中心中，硅空位（SiV）中心作为一种不太受电子-声子相互作用影响的反转对称系统最近引起了人们的广泛关注。尽管如此，声子介导的过程仍然降低了SiV中心的相干特性，然而，由于其微弱的光谱特征，表征它们的电子-声子耦合是极具挑战性的，并且仍然是一个开放的实验问题。在本文中，我们从理论上研究了电子-声子耦合的签名在模拟的线性和非线性光谱的SiV中心。我们演示了如何即使是非常弱的电子-声子相互作用，如在SiV中心，可以完全通过非线性光谱技术的特点，甚至解决不同的精细结构之间的过渡。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature coherent manipulation of single-spin qubits in silicon carbide with a high readout contrast
碳化硅（SiC）中的自旋缺陷随着成熟的晶圆级制造和微/纳米加工技术而引起了人们的广泛关注。虽然已经证明了SiC中色心的室温单自旋操纵，但是通常检测到的对比度小于2%，并且光子计数率也很低。在这里，我们提出了在环境条件下，具有高读出对比度（~ 30%）和高光子计数率（每秒150千计数）的4 H-SiC中的单双空位自旋的相干操纵，这与金刚石中的氮空位（NV）中心竞争。还观察到单个缺陷自旋与附近核自旋之间的耦合。通过对缺陷能级和衰减路径的分析，我们进一步从理论上解释了高读出对比度的原因。由于高读出对比度在量子技术的许多应用中至关重要，因此这项工作可能为具有许多先进性能的主体材料的SiC基量子器件开辟新的领域。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electrically driven optical interferometry with spins in silicon carbide
将固态缺陷电子自旋连接到其他量子系统是一个持续的挑战。基态自旋与其环境的弱耦合赋予了优异的相干性，但也限制了所需的驱动场。然而，这些电子的激发态轨道可以表现出与声子场和电场的更强耦合。在这里，我们证明了电驱动的相干量子干涉的光学过渡的单一，基本取向的双空位在市售的4 H碳化硅。通过施加微波频率的电场，相干驱动双空位的激发态轨道，在共振光吸收谱中产生Landau-Zener-Stuckelberg干涉条纹。此外，我们还发现了由基底双空位的对称性所引起的显著的相干光学和自旋子系统。这些性质确立了双空位作为量子通信和混合系统应用的强有力的候选者，其中同时控制光学和自旋自由度是至关重要的。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
