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在环境条件下对钻石中的多个核自旋量子位进行单次读出。

Single-shot readout of multiple nuclear spin qubits in diamond under ambient conditions.

机构信息

Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire, Ecole Normale Supérieure de Cachan and CNRS UMR 8537, 94235 Cachan, France.

出版信息

Phys Rev Lett. 2013 Feb 8;110(6):060502. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.060502. Epub 2013 Feb 5.

DOI:10.1103/PhysRevLett.110.060502
PMID:23432227
Abstract

We use the electronic spin of a single nitrogen-vacancy defect in diamond to observe the real-time evolution of neighboring single nuclear spins under ambient conditions. Using a diamond sample with a natural abundance of (13)C isotopes, we first demonstrate high fidelity initialization and single-shot readout of an individual (13)C nuclear spin. By including the intrinsic (14)N nuclear spin of the nitrogen-vacancy defect in the quantum register, we then report the simultaneous observation of quantum jumps linked to both nuclear spin species, providing an efficient initialization of the two qubits. These results open up new avenues for diamond-based quantum information processing including active feedback in quantum error correction protocols and tests of quantum correlations with solid-state single spins at room temperature.

摘要

我们利用钻石中单个氮空位缺陷的电子自旋,在环境条件下实时观察相邻单个核自旋的演化。使用天然丰度的 (13)C 同位素的钻石样本,我们首先证明了单个 (13)C 核自旋的高保真初始化和单拍读出。通过将氮空位缺陷的固有 (14)N 核自旋包含在量子寄存器中,我们随后报告了与两种核自旋物种相关的量子跃迁的同时观测,从而有效地初始化了两个量子位。这些结果为基于钻石的量子信息处理开辟了新的途径,包括在量子纠错协议中进行主动反馈以及在室温下用固态单自旋测试量子相关性。

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