量子物理学：シリコンにおけるコヒーレントなスピン–光子インターフェース

シリコン量子ドットにおける電子スピンは、コヒーレンス時間が長く、半導体製造技術を用いて系内のドット数を迅速に増やせる見込みがあることから、量子コンピューティングにとって魅力的な系である。2つのスピンの最近傍交換結合が実証されているが、マイクロ波周波数光子を介したスピンの相互作用によって、長距離スピン–スピン結合や、スピンに基づく量子プロセッサーにおける任意の量子ビット対の間の結合（「全結合」）が可能になると思われる。コヒーレントなスピン–光子結合の実現は、単一スピンの磁気双極子モーメントが小さいために困難であり、磁気双極子結合速度は1 kHz未満に制限されている。今回我々は、シリコン中の単一スピンと単一マイクロ波周波数光子を強く結合させ、10 MHz以上のスピン–光子結合速度を実現した。コヒーレントなスピン–光子相互作用を可能にする機構は、磁場勾配の存在下でのスピン–電荷混成に基づいている。我々は、スピン–光子結合に加えて、単一スピンのコヒーレント制御と分散読み出しも実証する。今回の結果は、マイクロ波周波数光子を用いて単一スピンを直接エンタングルする道を開く。

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