University of Pennsylvania demonstriert Single-Gate-Parallelverschränkung auf Diamant-Quantenregister bei Raumtemperatur

Quantenforscher der University of Pennsylvania haben eine Ein-Gatter-parallelisierte multipartite Verschränkung auf einem Festkörper-Quantenregister unter Raumtemperaturbedingungen demonstriert. In einer in Nature Nanotechnology veröffentlichten Studie beschrieb das Team die Erzeugung eines Vier-Qubit-Greenberger-Horne-Zeilinger-Zustands (GHZ) – wobei der zentrale Elektronenspin eines Stickstoff-Fehlstellen-Zentrums (NV) in Diamant mit drei umgebenden ¹³C-Kernspin-Speicherqubits verschränkt wurde – in 14,8 Mikrosekunden unter Verwendung einer einzigen Kontrollsequenz zur dynamischen Entkopplung (DD).

Herkömmliche Festkörper-Zentralspin-Register beruhen auf sequentiellen, paarweisen Zwei-Qubit-Gattern, um das zentrale Elektron mit einzelnen Kernspin-Speicherqubits zu verschränken. Dieser sequentielle Ansatz führt zu erheblichen Gatter-Latenzen und verursacht unerwünschtes Phasen-Crosstalk auf nicht anvisierten Kernspins. Das UPenn-Framework nutzt diesen inhärenten Crosstalk aus, indem es das Timing der Einheitspulse (t) und die Wiederholungszahl (N) einer XY8-Sequenz zur dynamischen Entkopplung abstimmt, um bedingte Rotationen über mehrere schwach gekoppelte Kernqubits gleichzeitig auszuführen. Die resultierende Gatterdauer von 14,8 μs stellt eine 10-fache Beschleunigung gegenüber sequentiellen Gatter-Protokollen dar und arbeitet nahe der physikalischen Interaktionsgrenze, die durch die senkrechten Hyperfeinkopplungsfrequenzen (A_⊥ ≈ 60 kHz) vorgegeben ist.