Immagazzinamento dell’entanglement a temperatura ambiente in un nodo quantistico di carburo di silicio

Abstract degli autori

L’entanglement robusto a temperatura ambiente è una sfida centrale per l’elaborazione dell’informazione quantistica allo stato solido e il sensing potenziato quantisticamente. Qui dimostriamo l’immagazzinamento dell’entanglement a temperatura ambiente in un nodo quantistico di carburo di silicio (SiC), trasferendo coerentemente uno stato entangled elettrone-nucleo a qubit di memoria a spin nucleare di lunga durata. Utilizzando un singolo centro di colore superficiale in 4H-SiC, convenzionalmente indicato come PL6, realizziamo un registro di tre qubit completamente indirizzabile, composto da un processore a spin elettronico e due qubit di memoria a spin nucleare di $^{29}$Si fortemente accoppiati. Questa piattaforma consente la generazione deterministica di stati entangled ad alta fedeltà, tra cui uno stato di Bell a spin nucleare con una fedeltà di $94 \pm 2\%$ e uno stato di tipo Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) a tre qubit con una fedeltà di $89 \pm 4\%$. Implementando un protocollo con gate SWAP nel regime di forte accoppiamento iperfine, l’entanglement elettrone-nucleo viene trasferito alla memoria a spin nucleare con una fedeltà di $92.5 \pm 2.5\%$, prolungando la durata dell’entanglement di un fattore 240. Confermiamo inoltre la generalità di questo approccio in un ulteriore registro eterogeneo di spin nucleari $^{29}$Si-$^{13}$C e mostriamo, attraverso un’indagine statistica su 200 singoli centri PL6, che i registri con più spin nucleari si formano naturalmente con probabilità superiori al 10%. Questi risultati indicano i centri di colore superficiali in SiC come una piattaforma potente per il sensing quantistico assistito dall’entanglement e per tecnologie quantistiche scalabili a temperatura ambiente.