Coupling a single electron spin to a microwave resonator: controlling transverse and longitudinal couplings
Notice bibliographique
Résumé
Microwave-frequency superconducting resonators are ideally suited to perform dispersive qubit readout, to mediate two-qubit gates, and to shuttle states between distant quantum systems. A prerequisite for these applications is a strong qubit-resonator coupling. Strong coupling between an electron-spin qubit and a microwave resonator can be achieved by correlating spin- and orbital degrees of freedom. This correlation can be achieved through the Zeeman coupling of a single electron in a double quantum dot to a spatially inhomogeneous magnetic field generated by a nearby nanomagnet. In this paper, we consider such a device and estimate spin-resonator couplings of order ∼1 MHz with realistic parameters. Further, through realistic simulations, we show that precise placement of the double-dot relative to the nanomagnet allows to select between a purely longitudinal coupling (commuting with the bare spin Hamiltonian) and a purely transverse (spin non-conserving) coupling. Additionally, we suggest methods to mitigate dephasing and relaxation channels that are introduced in this coupling scheme. This analysis gives a clear route toward the realization of coherent state transfer between a microwave resonator and a single electron spin in a GaAs double quantum dot with a fidelity above 90%. Improved dynamical decoupling sequences, low-noise environments, and longer-lived microwave cavity modes may lead to substantially higher fidelities in the near future.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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