Kohärenz eines ladungsstabilisierten Zinn-Leerstellen-Spins in Diamant

Johannes Görlitz, Dennis Herrmann, Philipp Fuchs, Takayuki Iwasaki, Takashi Taniguchi, Detlef Rogalla, David Hardeman, Pierre-Olivier Colard, Matthew Markham, Mutsuko Hatano & Christoph Becher

Abstrakt

Die quantitative µm (QIP) mit Festkörper-Spin-Qubits hängt stark von der effizienten Initialisierung des gewünschten Ladungszustands des Qubits ab. Obwohl sich das negativ geladene Zinn-Fehlstellen-Zentrum (SnV⁻ ⁾ in Diamant aufgrund langer Spin-Kohärenzzeiten bei Temperaturen im Mikrometerbereich flüssiger Heliumionen und lebensdauerbegrenzter optischer Übergänge als exzellente Plattform für die Realisierung von QIP-Protokollen erwiesen hat µm ist seine Anwendbarkeit durch das Erlöschen der Fluoreszenz unter resonanter Anregung stark eingeschränkt. Wir enthüllen hier den zugrundeliegenden Ladungszyklus, der potenziell auf alle Gruppen-IV-Fehlstellen-Zentren (G4V) anwendbar ist, und demonstrieren damit eine hocheffiziente und schnelle Initialisierung des gewünschten negativen Ladungszustands einzelner SnV-Zentren unter Beibehaltung langfristig stabiler optischer Resonanzen. Zusätzlich zur Untersuchung der optischen Kohärenz untersuchen wir die Kohärenz der Grundzustandsspins rein optisch mittels kohärenter Populationsspeicherung und finden eine Spin-Dephasierungszeit von 5(1) μs . Des Weiteren demonstrieren wir den Machbarkeitsnachweis des Auslesens des Spinzustands in einem einzigen Messdurchgang, ohne dass ein Magnetfeld erforderlich ist, das auf die Symmetrieachse des Defekts ausgerichtet ist.