Approaching a fully-polarized state of nuclear spins in a solid.
Approaching a fully-polarized state of nuclear spins in a solid.
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DOI：
10.1038/s41467-024-45364-2
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发表时间：
2024-02-02
影响因子：
16.6
通讯作者：
Chekhovich, Evgeny A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Millington-Hotze, Peter;Dyte, Harry E.;Manna, Santanu;da Silva, Saimon F. Covre;Rastelli, Armando;Chekhovich, Evgeny A.
原子核自旋的磁噪声是固体自旋量子比特退相干的主要来源。理论上，近乎统一的核自旋极化可以消除电子自旋量子比特的退相干，同时将原子核转变为有用的量子信息资源。然而，实现足够高的核极化仍然是一个难以实现的目标。在这里，我们实现了一个结合了强光泵浦和快速电子隧穿的核自旋极化协议。在1分钟的时间尺度上，在GaAs半导体量子点中产生了远高于95%的核极化。这项技术与标准的量子点器件设计兼容，在标准量子点器件设计中，高度极化的核自旋可以简化量子比特和量子存储器的实现，并为多体量子动力学和磁学的研究提供试验台。高极化的核自旋可以抑制电子自旋量子比特的退相干，但这需要近乎统一的极化。在这里，作者实现了一个结合光激发和快载流子隧穿的协议，在1分钟的时间尺度上实现了在GaAs量子点中95%以上的核自旋极化。
Magnetic noise of atomic nuclear spins is a major source of decoherence in solid-state spin qubits. In theory, near-unity nuclear spin polarization can eliminate decoherence of the electron spin qubit, while turning the nuclei into a useful quantum information resource. However, achieving sufficiently high nuclear polarizations has remained an evasive goal. Here we implement a nuclear spin polarization protocol which combines strong optical pumping and fast electron tunneling. Nuclear polarizations well above 95% are generated in GaAs semiconductor quantum dots on a timescale of 1 minute. The technique is compatible with standard quantum dot device designs, where highly-polarized nuclear spins can simplify implementations of qubits and quantum memories, as well as offer a testbed for studies of many-body quantum dynamics and magnetism. Highly polarized nuclear spins can supress decoherence of electron spin qubits, but this requires near-unity polarization. Here the authors implement a protocol combining optical excitation and fast carrier tunnelling to achieve nuclear spin polarizations above 95% in GaAs quantum dots on a timescale of 1 minute.
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影响因子：
41.2
作者：
Chekhovich, E. A.;Ulhaq, A.;Skolnick, M. S.
通讯作者：
Skolnick, M. S.
影响因子：
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作者：
Huo, Y. H.;Witek, B. J.;Schmidt, O. G.
通讯作者：
Schmidt, O. G.
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作者：
Jackson, Daniel M.;Haeusler, Urs;Gangloff, Dorian A.
通讯作者：
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作者：
Gammon, D;Efros, AL;Merkulov, IA
通讯作者：
Merkulov, IA
影响因子：
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作者：
Kessler, E. M.;Yelin, S.;Giedke, G.
通讯作者：
Giedke, G.