在毫开尔文温度下耦合4H-碳化硅自旋与微波谐振腔

将微波腔模式与自旋量子位跃迁耦合,对于实现高效量子位读取与控制、长程量子位耦合、量子存储器实施以及纠缠态生成至关重要。该研究团队在10mK低温环境下,首次实验观测到碳化硅(SiC)材料中不同自旋量子位跃迁与12.6GHz三维微波谐振腔模式的耦合现象。通过磁场扫描使自旋共振跨越腔体谐振频率时,测量了微波腔传输特性,发现不同自旋缺陷的跃迁频率彼此失谐约60-70MHz。当用810nm激光激发置于微波腔内的SiC样品时,观察到另一个与中心共振频率失谐60-70MHz的自旋共振耦合现象。研究人员还对用于腔测量的同一样品进行了4K至200K变温共聚焦光学光谱表征。结合光谱学结果与微波谐振实验的详细分析,将观测到的自旋共振归属于三种不同顺磁缺陷:带正电的碳反位-空位对(CAV+),以及位于两种不同晶格位点的带负电硅空位自旋(V1和V2)。SiC中的V1和V2跃迁作为抗退相干性优异的量子比特候选者具有特殊价值,而CAV+跃迁则是已知的明亮单光子源。因此,这些自旋量子比特与微波腔模式的联合耦合展示可能催生新颖技术路径:微波腔可作为信息总线介导自旋间长程耦合,在量子计算与量子通信领域具有应用潜力,对于SiC这类CMOS兼容材料而言更具特殊吸引力。
作者所在地: VIP可见
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-09-18 11:03

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