Mechanically-Mediated Spin Entanglement in Diamond

金刚石中机械介导的自旋纠缠

基本信息

  • 批准号:
    1719396
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Fundamental aspects of quantum mechanics, such as the superposition and entanglement of quantum states, can, in principle, be exploited to solve computational problems that are impractical or impossible to solve with conventional, classical computers. Realizing this goal remains technically challenging, however, because these quantum traits are delicate and sensitive to noise and interactions with the environment, therefore requiring precise control of the interactions between the individual qubits which store quantum information. This project will attempt to use acoustic waves in a nano-mechanical resonator to mediate interactions between two qubits in a solid-state system. Acoustic waves propagate much more slowly than light, and they cannot propagate in a vacuum. As a result, acoustic waves can be conveniently confined and guided in a solid. In this way, these mechanical waves offer advantages over photonics-based platforms by enabling on-chip communication between qubits. The near-term goal of this program is to generate quantum entanglement between two qubits via mechanically-mediated interactions. The long-term goal is to develop a mechanics-based platform for implementation of a solid-state quantum computer. This project will promote education and human resources by providing excellent training to graduate and undergraduate students in areas of both scientific and technological importance. This project aims to demonstrate mechanically-mediated spin entanglement in a spin-mechanical system, establishing a mechanics-based solid-state platform for quantum computing. The research efforts will be carried out with a diamond nanomechanical resonator in which two electron spins couple to a common mechanical mode. This experimental platform exploits the strong excited-state strain coupling of nitrogen vacancy (NV) centers for spin-mechanical coupling, but circumvents decoherence of the excited states through optically-controlled adiabatic evolution of the ground spin states. Coherent coupling between a single NV center and a single phonon will be investigated. This will be followed by the study of coherent coupling between two NV centers through the exchange of single phonons. The successful implementation of these efforts should then enable the pursuit of mechanically-mediated entanglement between two NV centers. The Sorensen-Molmer entanglement scheme, which is relatively robust against thermal mechanical motion, will be used for the generation of a maximally-entangled spin state.
原则上,可以利用量子力学的基本方面,例如量子状态的叠加和纠缠,以解决不切实际或无法通过常规的经典计算机解决的计算问题。但是,意识到这一目标在技术上仍然具有挑战性,因为这些量子性状对噪声和与环境的相互作用敏感,因此需要精确控制存储量子信息的单个量子器之间的相互作用。该项目将尝试在纳米机械谐振器中使用声波来介导固态系统中两个量子位之间的相互作用。声波比光的传播速度要慢得多,并且它们不能在真空中传播。结果,声波可以方便地限制并以实心为导向。通过这种方式,这些机械波通过启用量子台之间的片上通信来提供比基于光子学平台的优点。该程序的近期目标是通过机械介导的相互作用在两个量子位之间产生量子纠缠。长期目标是开发基于机械的平台来实施固态量子计算机。该项目将通过为科学和技术重要性领域的研究生和本科生提供出色的培训来促进教育和人力资源。该项目旨在在自旋机械系统中演示机械介导的自旋纠缠,并建立一个基于力学的固态平台以用于量子计算。 研究工作将使用钻石纳米力学谐振器进行,其中两个电子旋转夫妇都达到了共同的机械模式。 这个实验平台利用了氮空位(NV)中心的强兴激态应变偶联,以进行自旋机械耦合,但是通过光旋转状态的光学控制的绝热进化,激发态绕开了激发态的变质。 将研究单个NV中心和单个声子之间的相干耦合。 随后,通过交换单个声子在两个NV中心之间进行相干耦合的研究。然后,这些努力的成功实施应使两个NV中心之间的机械介导的纠缠追求。 Sorensen-Molmer纠缠方案将对热机械运动相对稳健,将用于产生最大输入的自旋状态。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Coupling spins to nanomechanical resonators: Toward quantum spin-mechanics
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Shuang Wu;M. Amezcua;Hailin Wang
  • 通讯作者:
    Shuang Wu;M. Amezcua;Hailin Wang
Honeycomblike Phononic Networks of Spins with Closed Mechanical Subsystems
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xinzhu Li;M. Kuzyk;Hailin Wang
  • 通讯作者:
    Xinzhu Li;M. Kuzyk;Hailin Wang
Diamond Lamb wave spin-mechanical resonators with optically coherent nitrogen vacancy centers
具有光学相干氮空位中心的金刚石兰姆波自旋机械谐振器
  • DOI:
    10.1063/1.5124307
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Lekavicius, Ignas;Oo, Thein;Wang, Hailin
  • 通讯作者:
    Wang, Hailin
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知道了