Article High-Fidelity Electron Spin Gates for Scaling Diamond Quantum Registers

T. Joas ; F. Ferlemann ; R. Sailer ; P. J. Vetter ; J. Zhang ; R. S. Said ; T. Teraji SAMURAI ORCID (National Institute for Materials Science) ; S. Onoda ; T. Calarco ; G. Genov ; M. M. Müller ; F. Jelezko

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T. Joas, F. Ferlemann, R. Sailer, P. J. Vetter, J. Zhang, R. S. Said, T. Teraji, S. Onoda, T. Calarco, G. Genov, M. M. Müller, F. Jelezko. High-Fidelity Electron Spin Gates for Scaling Diamond Quantum Registers. Physical Review X. 2025, 15 (2), 021069. https://doi.org/10.1103/physrevx.15.021069

Description:

(abstract)

ダイヤモンドは量子情報処理のための有望なプラットフォームで、高度にコヒーレントな量子ビットを持つことができ、大規模な量子レジスターの構築を可能にします。そのためには、窒素空孔（NV）の電子スピン間でのコヒーレントな相互作用が必要で、スケーラブルなエンタングルメントを可能にします。これまで、双極子結合されたNVスピンペア間のエンタングルメントが示されていましたが、忠実度が限られており、エラーの原因は特定されていませんでした。本研究では、ダイヤモンド中のNV電子スピン間でロバストな2量子ビットゲートを設計・実装し、ゲート性能に影響を与える複数のエラー源を定量化しました。実験的に、環境条件下で96.0 ± 2.5%の記録的なゲート忠実度を証明しました。支配的なエラーの特定により、エラー修正しきい値を超えるNV-NVゲートへの道を開きます。

Rights:

Keyword: Quantum registers, Diamond-based qubits, NV center, Two-qubit operation fidelity, Quantum networks

Date published: 2025-05-27

Publisher: American Physical Society (APS)

Journal:

  • Physical Review X (ISSN: 21603308) vol. 15 issue. 2 021069

Funding:

  • QCIRCLE 14 101059999
  • HORIZON EUROPE European Research Council 101046911
  • European Research Council (ERC) via Synergy grant HyperQ 856432
  • Carl-Zeiss-Stiftung
  • Center for Integrated Quantum Science and Technology P2022-06-007
  • Japan Society for the Promotion of Science 21H04646
  • Japan Society for the Promotion of Science 24K01286
  • Moonshot Research and Development Program JPMJMS2062
  • Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology JPMXS0118067395
  • DE-Brill 13N16207
  • SPINNING 13N16210
  • SPINNING 13N16209
  • SPINNING 13N16215
  • CoGeQ 13N16101
  • DIAQNOS 13N16463
  • quNV2.0 13N16707
  • Quamapolis 13N15375
  • QUASIMODO 50WM2170
  • Quantenrepeater.Net
  • EXTRASENS 13N16935
  • QuantumHiFi 16KIS1593
  • SPINUS 101135699
  • C-QuENS 101135359
  • Stiftung der Deutschen Wirtschaft
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung 03ZU2110DB
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung 13N16935
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung 16KIS1593
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft 386028944
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft 445243414
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft 387073854
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft 491245864
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft  546850640
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft 554644981

Manuscript type: Author's version (Accepted manuscript)

MDR DOI: https://doi.org/10.48505/nims.6029

First published URL: https://doi.org/10.1103/physrevx.15.021069

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Updated at: 2025-12-18 13:45:34 +0900

Published on MDR: 2025-12-19 14:11:39 +0900

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