Robust quantum-network memory based on spin qubits in isotopically engineered diamond
Robust quantum-network memory based on spin qubits in isotopically engineered diamond
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基于同位素工程金刚石中的自旋量子位的鲁棒量子网络存储器
DOI：
--
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发表时间：
2021
影响因子：
7.6
通讯作者：
T. Taminiau
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
C. Bradley;S. D. Bone;P. Møller;S. Baier;M. Degen;S. Loenen;H. Bartling;M. Markham;D. Twitchen;R. Hanson;David Elkouss;T. Taminiau
量子网络可以实现量子通信和模块化量子计算。一种强大的方法是使用提供量子内存和计算能力的多量子位节点。与金刚石缺陷相关的核自旋是有希望发挥这一作用的量子位。然而，光学纠缠分布期间的移相阻碍了向更大系统的扩展。在这里，我们证明同位素工程金刚石中的 13 C 自旋量子存储器对于氮空位中心的光学链路操作具有鲁棒性。存储器寿命比最先进的技术提高了两个数量级，超过了报道的纠缠分布时间。此外，我们证明核自旋态可以在电离中幸存下来并重新捕获氮空位电子。最后，我们使用模拟来表明，将该存储器与先前演示的纠缠链路和门相结合可以启用关键网络原语，例如确定性非局部双量子位门，为能够研究复杂算法和纠错的测试台量子网络铺平道路。
Quantum networks can enable quantum communication and modular quantum computation. A powerful approach is to use multi-qubit nodes that provide quantum memory and computational power. Nuclear spins associated with defects in diamond are promising qubits for this role. However, dephasing during optical entanglement distribution hinders scaling to larger systems. Here, we show that a 13 C-spin quantum memory in isotopically engineered diamond is robust to the optical link operation of a nitrogen-vacancy centre. The memory lifetime is improved by two orders-of-magnitude upon the state-of-the-art, surpassing reported times for entanglement distribution. Additionally, we demonstrate that the nuclear-spin state can survive ionisation and recapture of the nitrogen-vacancy electron. Finally, we use simulations to show that combining this memory with previously demonstrated entanglement links and gates can enable key network primitives, such as deterministic non-local two-qubit gates, paving the way for test-bed quantum networks capable of investigating complex algorithms and error correction.
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L. J. Stephenson;D. P. Nadlinger;B. C. Nichol;S. An;P. Drmota;T. Ballance;K. Thirumalai;J. Goodwin;D. Lucas;C. Ballance
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