Оптическое считывание и управление ядерными спиновыми кубитами с усилением в резонаторе

Исключительно высокая когерентность ядерных спинов в твердых телах делает их перспективными кандидатами для создания квантовой памяти в квантовых сетях и повторителях. Однако непосредственные полностью оптические инициализация, когерентное управление и считывание отдельных ядерных спиновых кубитов до сих пор оставались сложной задачей. В данной работе это достигается путем размещения примесей ¹⁶⁷Er в ортосиликате иттрия в криогенном резонаторе Фабри–Перо, ширина линии которого составляет 65 МГц и значительно меньше расстояния 0,9 ГГц между соседними сверхтонкими уровнями. Усиление излучения с частотной селекцией обеспечивает точность считывания за один измерительный цикл, равную 91(2)%. Кроме того, сильное магнитное поле иммобилизует парамагнитные примеси, что приводит к временам когерентности, превышающим 0,2 с. Сочетание ядерно-спиновых кубитов с частотно-мультиплексным адресованием и излучением фотонов, ограниченным временем жизни, в телекоммуникационном C-диапазоне с минимальными потерями делает ¹⁶⁷Er перспективной платформой для создания дальних квантовых сетей на основе оптоволокна.