Research Abstract


Observation of dark states in a superconductor diamond quantum hybrid system

2014年4月8日 Nature Communications 5 : 3424 doi: 10.1038/ncomms4524

異なる量子系のハイブリッド化によって、それぞれの系の最も優れた特性を利用する新たな道が開かれている。超伝導回路と電子スピン集団は、このような例の1つである。ダイヤモンドの窒素空孔中心を用いて、超伝導回路との間の強結合や、量子情報のコヒーレント伝達、蓄積が実現されている。最近我々は、ゼロ外部磁場の下で、磁束量子ビットと負に帯電した窒素空孔中心のハイブリッド量子系のスペクトルにおいて、2.878 GHzに著しく鋭い共鳴(約1 MHz)を観測している。この線幅は、磁束量子ビットやスピン集団の線幅よりはるかに狭い。今回我々は、この共鳴がスピン集団における集団的ダーク状態の証拠であり、磁束量子ビットに流れる時計回りと反時計回りの巨視的な超伝導電流の重ね合わせによってコヒーレントに駆動されていることを示す。この集団的ダーク状態は、特異な物理現象であり、これによって長寿命の量子メモリーが得られる可能性がある。

Xiaobo Zhu1*, 松崎 雄一郎1, Robert Amsüss1,2, 角柳 孝輔1, 下岡 孝明3, 水落 憲一3, 根本 香絵4, 仙場 浩一1,4**, William J. Munro1 & 齊藤 志郎1

  1. NTT物性科学基礎研究所
  2. ウィーン工科大学 原子研究所(オーストリア)
  3. 大阪大学 基礎工学研究科
  4. 国立情報学研究所 情報学プリンシプル研究系

    *現所属先:中国科学院 物理研究所(中国)

The hybridization of distinct quantum systems has opened new avenues to exploit the best properties of these individual systems. Superconducting circuits and electron spin ensembles are one such example. Strong coupling and the coherent transfer and storage of quantum information has been achieved with nitrogen vacancy centres in diamond. Recently, we have observed a remarkably sharp resonance (~1 MHz) at 2.878 GHz in the spectrum of flux qubit negatively charged nitrogen vacancy diamond hybrid quantum system under zero external magnetic field. This width is much narrower than that of both the flux qubit and spin ensemble. Here we show that this resonance is evidence of a collective dark state in the ensemble, which is coherently driven by the superposition of clockwise and counter-clockwise macroscopic persistent supercurrents flowing in the flux qubit. The collective dark state is a unique physical system and could provide a long-lived quantum memory.