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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:1302.2891 (physics)
[提交于 2013年2月12日 ]

标题: 感应-检测电子自旋共振灵敏度达到1000个自旋:迈向可扩展量子计算的途径

标题: Induction-Detection Electron Spin Resonance with Sensitivity of 1000 Spins: En Route to Scalable Quantum Computations

Authors:Aharon Blank, Ekaterina Dikarov, Roman Shklyar, Ygal Twig
摘要: 基于自旋的固态量子计算(QC)被认为是最有希望实现可扩展量子计算机的方法之一。然而,它面临着诸如自旋初始化、选择性地单独操控自旋以及读取单个自旋状态等问题。 我们最近提出了一种可能解决所有这些问题的方案。这是通过利用一种独特的磷掺杂的28硅样品(28Si:P),并应用强大的新型电子自旋共振(ESR)技术以实现并行激发、检测和成像来实施量子计算并高效获得结果而达成的。 我们所提出的方案之美在于,与其它方法不同,它不需要单自旋检测灵敏度,能够测量约100到1000个自旋的信号就足够了。 在这里,我们迈出了实际实现该方案的第一步。我们证明,通过使用迄今为止建造的最小的ESR谐振器(~5微米),结合独特的低温放大方案和亚微米成像能力,可以达到小于1000个电子自旋的灵敏度,并具有~500纳米的空间分辨率。 这是迄今为止进行过的最敏感的感应检测实验,这种能力使这种方法快速接近可扩展量子计算能力的演示。
摘要: Spin-based quantum computation (QC) in the solid state is considered to be one of the most promising approaches to scalable quantum computers. However, it faces problems such as initializing the spins, selectively addressing and manipulating single spins, and reading out the state of the individual spins. We have recently sketched a scheme that potentially solves all of these problems5. This is achieved by making use of a unique phosphorus-doped 28Si sample (28Si:P), and applying powerful new electron spin resonance (ESR) techniques for parallel excitation, detection, and imaging in order to implement QCs and efficiently obtain their results. The beauty of our proposed scheme is that, contrary to other approaches, single-spin detection sensitivity is not required and a capability to measure signals of ~100-1000 spins is sufficient to implement it. Here we take the first experimental step towards the actual implementation of such scheme. We show that, by making use of the smallest ESR resonator constructed to date (~5 microns), together with a unique cryogenic amplification scheme and sub-micron imaging capabilities, a sensitivity of less than 1000 electron spin is obtained with spatial resolution of ~500 nm. This is the most sensitive induction-detection experiment carried out to date, and such capabilities put this approach on the fast track to the demonstration of a scalable QC capability.
评论: 10页,3个图+1个补充页和2个补充图像
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:1302.2891 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:1302.2891v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1302.2891
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1016/j.physleta.2013.05.025
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来自: Aharon Blank [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2013 年 2 月 12 日 19:08:07 UTC (1,803 KB)
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