リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Complete Bell state measurement of diamond nuclear spins under a complete spatial symmetry at zero magnetic field」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Complete Bell state measurement of diamond nuclear spins under a complete spatial symmetry at zero magnetic field

Raustin Reyes Takaya Nakazato Nobuaki Imaike Kazuyasu Matsuda Kazuya Tsurumoto Yuhei Sekiguchi Hideo Kosaka 20361199 横浜国立大学

2022.05.09

概要

The symmetry of the space where a spin qubit resides plays an essential role in the manipulation of quantum entanglement, which governs the performance of quantum information systems. Application of a magnetic field, which is usually necessary for spin manipulation and readout, inevitably breaks the spatial symmetry to induce competition among quantization axes between internal and external fields, thus limiting the purity of the entanglement. If we could manipulate and readout entanglement under a zero magnetic field, we would be able to avoid the competition among quantization axes to achieve ideally high fidelity. We here demonstrate the complete Bell state measurement, which is a core element of quantum processing, of two carbon nuclear spins in the vicinity of a diamond nitrogen-vacancy center. The demonstration was made possible by holonomic entanglement manipulations based on the geometric phase with a polarized microwave under a zero magnetic field, where the quantization axis is uniquely defined by the hyperfine field. The demonstrated scheme allows high-fidelity entanglement processing even when magnetic fields cannot be applied to the integration of superconducting and spin qubits, thereby paving the way for building fault-tolerant distributed quantum computers and quantum repeater networks.
We thank Hiromitsu Kato, Toshiharu Makino, Tokuyuki Teraji, and Yuichiro Matsuzaki for their discussions and experimental help. This work was supported by the Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research (Nos. 16H0632619, 20H05661, 19H0551929, and 20K2044120), the Japan Science and Technology Agency (JST) CREST (Core Research for Evolutional Science and Technology) (No. JPMJCR1773), and the JST Moonshot R&D (JPMJMS2062). We also acknowledge the Ministry of Internal Affairs and Communications, Research and Development for the construction of a global quantum cryptography network (No. JPMI00316).

この論文で使われている画像

参考文献

S. Welte, P. Thomas, L. Hartung, S. Daiss, S. Langenfeld, O. Morin, G. Rempe,

and E. Distante, Nat. Photonics 15, 504 (2021).

T. D. Ladd, F. Jelezko, R. Laflamme, Y. Nakamura, C. Monroe, and J. L.

O’Brien, Nature 464, 45 (2010).

D. Gottesman and I. L. Chuang, Nature 402, 390 (1999).

D. W. Leung, Int. J. Quantum Inf. 2, 33 (2004).

J. Cramer, N. Kalb, M. A. Rol, B. Hensen, M. S. Blok, M. Markham, D. J.

Twitchen, R. Hanson, and T. H. Taminiau, Nat. Commun. 7, 11526 (2016).

J. Preskill, Quantum 2, 79 (2018).

R. Raussendorf and J. Harrington, Phys. Rev. Lett. 98, 190504 (2007).

A. G. Fowler, M. Mariantoni, J. M. Martinis, and A. N. Cleland, Phys. Rev. A

86, 032324 (2012).

P. W. Shor, Phys. Rev. A 52, R2493 (1995).

10

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters,

Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

11

D. Bouwmeester, J.-W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter, and A. Zeilinger,

Nature 390, 575 (1997).

12

H. Bernien, B. Hensen, W. Pfaff, G. Koolstra, M. S. Blok, L. Robledo, T. H.

Taminiau, M. Markham, D. J. Twitchen, L. Childress, and R. Hanson, Nature

497, 86 (2013).

13

S. Yang, Y. Wang, D. D. B. Rao, T. H. Tran, S. A. Momenzadeh, R. Nagy, M.

Markham, D. J. Twitchen, P. Wang, W. Yang, R. Stoehr, P. Neumann, H.

Kosaka, and J. Wrachtrup, Nat. Photonics 10, 507 (2016).

14

M. Zukowski,

A. Zeilinger, M. A. Horne, and A. K. Ekert, Phys. Rev. Lett. 71,

4287 (1993).

15

K. Mattle, H. Weinfurter, P. G. Kwiat, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 76,

4656 (1996).

16

H.-J. Briegel, W. D€

ur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

17

L. Childress, J. M. Taylor, A. S. Sørensen, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 96,

070504 (2006).

18

L. Jiang, J. M. Taylor, K. Nemoto, W. J. Munro, R. V. Meter, and M. D. Lukin,

Phys. Rev. A 79, 032325 (2009).

19

A. Delteil, Z. Sun, S. F€alt, and A. Imamoglu, Phys. Rev. Lett. 118, 177401 (2017).

20

H.-K. Lo, M. Curty, and B. Qi, Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012).

21

C. C. W. Lim, C. Portmann, M. Tomamichel, R. Renner, and N. Gisin, Phys.

Rev. X 3, 031006 (2013).

22

S. Kolkowitz, Q. P. Unterreithmeier, S. D. Bennett, and M. D. Lukin, Phys. Rev.

Lett. 109, 137601 (2012).

23

S. B. van Dam, J. Cramer, T. H. Taminiau, and R. Hanson, Phys. Rev. Lett.

123, 050401 (2019).

24

W. Pfaff, T. H. Taminiau, L. Robledo, H. Bernien, M. Markham, D. J.

Twitchen, and R. Hanson, Nat. Phys. 9, 29 (2013).

25

W. Pfaff, B. J. Hensen, H. Bernien, S. B. van Dam, M. S. Blok, T. H. Taminiau,

M. J. Tiggelman, R. N. Schouten, M. Markham, D. J. Twitchen, and R. Hanson,

Science 345, 532 (2014).

26

G. Waldherr, Y. Wang, S. Zaiser, M. Jamali, T. Schulte-Herbr€

uggen, H. Abe, T.

Ohshima, J. Isoya, J. F. Du, P. Neumann, and J. Wrachtrup, Nature 506, 204

(2014).

Appl. Phys. Lett. 120, 194002 (2022); doi: 10.1063/5.0088155

C Author(s) 2022

ARTICLE

scitation.org/journal/apl

27

R. Barends, J. Kelly, A. Megrant, A. Veitia, D. Sank, E. Jeffrey, T. C. White, J.

Mutus, A. G. Fowler, B. Campbell, Y. Chen, Z. Chen, B. Chiaro, A. Dunsworth,

C. Neill, P. O’Malley, P. Roushan, A. Vainsencher, J. Wenner, A. N. Korotkov,

A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Nature 508, 500 (2014).

28

A. D. C

orcoles, E. Magesan, S. J. Srinivasan, A. W. Cross, M. Steffen, J. M.

Gambetta, and J. M. Chow, Nat. Commun. 6, 6979 (2015).

29

J. Kelly, R. Barends, A. G. Fowler, A. Megrant, E. Jeffrey, T. C. White, D.

Sank, J. Y. Mutus, B. Campbell, Y. Chen, Z. Chen, B. Chiaro, A. Dunsworth,

I.-C. Hoi, C. Neill, P. J. J. O’Malley, C. Quintana, P. Roushan, A.

Vainsencher, J. Wenner, A. N. Cleland, and J. M. Martinis, Nature 519, 66

(2015).

30

H. Toida, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, X. Zhu, W. J. Munro, K. Nemoto, H.

Yamaguchi, and S. Saito, Appl. Phys. Lett. 108, 052601 (2016).

31

H. Toida, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, X. Zhu, W. J. Munro, H. Yamaguchi,

and S. Saito, Commun. Phys. 2, 33 (2019).

32

J. Bian, M. Jiang, J. Cui, X. Liu, B. Chen, Y. Ji, B. Zhang, J. Blanchard, X. Peng,

and J. F. Du, Phys. Rev. A 95, 052342 (2017).

33

M. Jiang, J. Bian, X. Liu, H. Wang, Y. Ji, B. Zhang, X. Peng, and J. F. Du, Phys.

Rev. A 97, 062118 (2018).

34

F. Kong, P. Zhao, X. Ye, Z. Wang, Z. Qin, P. Yu, J. Su, F. Shi, and J. F. Du, Nat.

Commun. 9, 1563 (2018).

35

M. H. Abobeih, J. Cramer, M. A. Bakker, N. Kalb, M. Markham, D. J.

Twitchen, and T. H. Taminiau, Nat. Commun. 9, 2552 (2018).

36

C. E. Bradley, J. Randall, M. H. Abobeih, R. C. Berrevoets, M. J. Degen, M. A.

Bakker, M. Markham, D. J. Twitchen, and T. H. Taminiau, Phys. Rev. X 9,

031045 (2019).

37

M. H. Abobeih, J. Randall, C. E. Bradley, H. P. Bartling, M. A. Bakker, M. J.

Degen, M. Markham, D. J. Twitchen, and T. H. Taminiau, Nature 576, 411

(2019).

38

T. van der Sar, Z. H. Wang, M. S. Blok, H. Bernien, T. H. Taminiau, D. M.

Toyli, D. A. Lidar, D. D. Awschalom, R. Hanson, and V. V. Dobrovitski,

Nature 484, 82 (2012).

39

S. B. van Dam, P. C. Humphreys, F. Rozpe

R dek, S. Wehner, and R. Hanson,

Quantum Sci. Technol. 2, 034002 (2017).

40

P. C. Humphreys, N. Kalb, J. P. J. Morits, R. N. Schouten, R. F. L.

Vermeulen, D. J. Twitchen, M. Markham, and R. Hanson, Nature 558, 268

(2018).

41

L.-M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).

42

H. J. Kimble, Nature 453, 1023 (2008).

43

G. Kurizki, P. Bertet, Y. Kubo, K. Mølmer, D. Petrosyan, P. Rabl, and J.

Schmiedmayer, Proc. Natl. Acad. Sci. 112, 3866 (2015).

44

M. Pompili, S. L. N. Hermans, S. Baier, H. K. C. Beukers, P. C. Humphreys, R.

N. Schouten, R. F. L. Vermeulen, M. J. Tiggelman, L. dos S. Martins, B. Dirkse,

S. Wehner, and R. Hanson, Science 372, 259 (2021).

45

J. R. Maze, A. Gali, E. Togan, Y. Chu, A. Trifonov, E. Kaxiras, and M. D.

Lukin, New J. Phys. 13, 025025 (2011).

46

M. W. Doherty, N. B. Manson, P. Delaney, F. Jelezko, J. Wrachtrup, and L. C.

L. Hollenberg, Phys. Rep. 528, 1–45 (2013).

47 

A. Gali, Nanophotonics-Berlin 8, 1907 (2019).

48

Y. Sekiguchi, Y. Komura, S. Mishima, T. Tanaka, N. Niikura, and H. Kosaka,

Nat. Commun. 7, 11668 (2016).

49

H. Kosaka and N. Niikura, Phys. Rev. Lett. 114, 053603 (2015).

50

H. Kosaka, H. Shigyou, Y. Mitsumori, Y. Rikitake, H. Imamura, T. Kutsuwa, K.

Arai, and K. Edamatsu, Phys. Rev. Lett. 100, 096602 (2008).

51

Y. Sekiguchi, N. Niikura, R. Kuroiwa, H. Kano, and H. Kosaka, Nat. Photonics

11, 309 (2017).

52

B. B. Zhou, A. Baksic, H. Ribeiro, C. G. Yale, F. J. Heremans, P. C. Jerger, A.

Auer, G. Burkard, A. A. Clerk, and D. D. Awschalom, Nat. Phys. 13, 330

(2017).

53

N. Ishida, T. Nakamura, T. Tanaka, S. Mishima, H. Kano, R. Kuroiwa, Y.

Sekiguchi, and H. Kosaka, Opt. Lett. 43, 2380 (2018).

54

K. Nagata, K. Kuramitani, Y. Sekiguchi, and H. Kosaka, Nat. Commun. 9, 3227

(2018).

55

K. Tsurumoto, R. Kuroiwa, H. Kano, Y. Sekiguchi, and H. Kosaka, Commun.

Phys. 2, 74 (2019).

56

Y. Sekiguchi, Y. Yasui, K. Tsurumoto, Y. Koga, R. Reyes, and H. Kosaka,

Commun. Phys. 4, 264 (2021).

120, 194002-6

Applied Physics Letters

57

H. Kosaka, T. Inagaki, Y. Rikitake, H. Imamura, Y. Mitsumori, and K.

Edamatsu, Nature 457, 702 (2009).

58

Y. Sekiguchi, Y. Komura, and H. Kosaka, Phys. Rev. Appl. 12, 051001 (2019).

59

P. Neumann, J. Beck, M. Steiner, F. Rempp, H. Fedder, P. R. Hemmer, J.

Wrachtrup, and F. Jelezko, Science 329, 542 (2010).

60

L. Robledo, L. Childress, H. Bernien, B. Hensen, P. F. A. Alkemade, and R.

Hanson, Nature 477, 574 (2011).

61

A. Dreau, P. Spinicelli, J. R. Maze, J.-F. Roch, and V. Jacques, Phys. Rev. Lett.

110, 060502 (2013).

Appl. Phys. Lett. 120, 194002 (2022); doi: 10.1063/5.0088155

C Author(s) 2022

ARTICLE

scitation.org/journal/apl

62

G.-Q. Liu, J. Xing, W.-L. Ma, P. Wang, C.-H. Li, H. C. Po, Y.-R. Zhang, H. Fan,

R.-B. Liu, and X.-Y. Pan, Phys. Rev. Lett. 118, 150504 (2017).

63

N. Khaneja, T. Reiss, C. Kehlet, T. Schulte-Herbr€

uggen, and S. J. Glaser,

J. Magn. Reson. 172, 296 (2005).

64

S. Machnes, U. Sander, S. J. Glaser, P. de Fouquie`res, A. Gruslys, S. Schirmer,

and T. Schulte-Herbr€

uggen, Phys. Rev. A 84, 022305 (2011).

65

P. J. Vetter, A. Marshall, G. T. Genov, T. F. Weiss, N. Striegler, E. F.

Großmann, S. Oviedo-Casado, J. Cerrillo, J. Prior, P. Neumann, and F. Jelezko,

Phys. Rev. Appl. 17, 044028 (2022).

120, 194002-7

...

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文

一発検索!

この論文の関連論文を見る