Registro cuántico de onda de espín nuclear para un qubit de estado sólido

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Sistemas Cuánticos de Estado Sólido
• Computación cuántica y redes

Sus antecedentes:

• Los espines nucleares de estado sólido ópticamente direccionables son vitales para las tecnologías cuánticas.
• Los anfitriones ricos en espín nuclear, aunque son desafiantes debido a la decoherencia, ofrecen un potencial de almacenamiento cuántico único.
• Los esfuerzos anteriores no han aprovechado conjuntos de espín nuclear densos para el control de qubits de un solo espín.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un protocolo de control cuántico para manipular los estados de espín nuclear en un ambiente denso.
• Para utilizar las excitaciones de espín nuclear colectivo para la implementación de la memoria cuántica.
• Explorar el uso de anfitriones ricos en espín nuclear para aplicaciones robustas de información cuántica.

Principales métodos:

• Utilizó un qubit de iterbio-171 (Yb3+) altamente coherente y dirigido ópticamente en ortovanadato de itrio.
• Desarrolló una interacción dinámica de intercambio de espín para polarizar y excitar el conjunto de espín nuclear vecino de vanadio-51 (V5+).
• Implementó una memoria cuántica y demostró la preparación y medición de estados de Bell entrelazados.

Principales resultados:

• Con éxito polarizó un denso conjunto de espín nuclear y generó excitaciones de espín colectivo.
• Implementó una memoria cuántica determinista y reproducible basada en estas excitaciones colectivas.
• Demostró la creación y medición de estados de campana Yb-V enredados al máximo.

Conclusiones:

• El protocolo de control cuántico desarrollado permite el uso de baños de espín nucleares densos como recurso cuántico.
• Esta plataforma proporciona un enfoque determinista y reproducible para la memoria cuántica, a diferencia de los sistemas desordenados convencionales.
• Los hallazgos allanan el camino para la construcción de redes cuánticas a gran escala utilizando qubits de iones de tierras raras en materiales ricos en espín nuclear.