量子ビットに革新的なひねりを加える:カーボンナノチューブ材料が、量子ビットを紡ぐ理想的な住処になる(An innovative twist on quantum bits: Tubular nanomaterial of carbon makes ideal home for spinning quantum bits)

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科学者たちは、カーボンナノチューブ材料が、量子情報技術に使用される量子ビットを回転させ続けるための理想的なホストになることを発見しました。 Scientists find that a tubular nanomaterial of carbon makes for ideal host to keep quantum bits spinning in place for use in quantum information technologies.

2023-03-06 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

米国エネルギー省のアルゴンヌ国立研究所の科学者らは、炭素の中空チューブ状のナノ材料が量子ビットのスピンを保持する理想的なホストになることを発見した。
従来は、電子スピンを保持するためにナノスケールのデバイスを使用する必要があったが、同研究所のチームは、原子構造を化学的に変更することで、スピンを一つの場所に閉じ込める方法を考案した。
カーボンナノチューブは、量子デバイスに容易に統合でき、情報を読み取る方法も多数存在するため、今後、量子情報技術の応用につながると期待されている。

<関連情報>

単層カーボンナノチューブにおける長寿命な電子スピン量子ビット。 Long-lived electronic spin qubits in single-walled carbon nanotubes

Jia-Shiang Chen,Kasidet Jing Trerayapiwat,Lei Sun,Matthew D. Krzyaniak,Michael R. Wasielewski,Tijana Rajh,Sahar Sharifzadeh & Xuedan Ma
Nature Communications  Published:15 February 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-36031-z

量子ビットに革新的なひねりを加える:カーボンナノチューブ材料が、量子ビットを紡ぐ理想的な住処になる(An innovative twist on quantum bits: Tubular nanomaterial of carbon makes ideal home for spinning quantum bits)

Abstract

Electron spins in solid-state systems offer the promise of spin-based information processing devices. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), an all-carbon one-dimensional material whose spin-free environment and weak spin-orbit coupling promise long spin coherence times, offer a diverse degree of freedom for extended range of functionality not available to bulk systems. A key requirement limiting spin qubit implementation in SWCNTs is disciplined confinement of isolated spins. Here, we report the creation of highly confined electron spins in SWCNTs via a bottom-up approach. The record long coherence time of 8.2 µs and spin-lattice relaxation time of 13 ms of these electronic spin qubits allow demonstration of quantum control operation manifested as Rabi oscillation. Investigation of the decoherence mechanism reveals an intrinsic coherence time of tens of milliseconds. These findings evident that combining molecular approaches with inorganic crystalline systems provides a powerful route for reproducible and scalable quantum materials suitable for qubit applications.

0403電子応用
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