Quanteninformationsspeicherung für über 180 s unter Verwendung von Donor-Spins in einem 28 Si „Halbleitervakuum“

Ein Quantencomputer erfordert Systeme, die von ihrer Umgebung isoliert sind, aber in Geräte integriert werden können und deren Zustände mit hoher Genauigkeit gemessen werden können. Kernspins in Festkörpern versprechen lange Kohärenzlebensdauern, sind jedoch schwierig in bekannte Zustände zu initialisieren und mit hoher Sensitivität zu detektieren. Wir zeigen, wie die charakteristischen optischen Eigenschaften von angereichertem (28)Si die Nutzung hyperfein-aufgelöster optischer Übergänge ermöglichen, wie sie zuvor erfolgreich für isolierte Atome und Ionen im Vakuum angewendet wurden. Zusammen mit effizienter Auger-Photoionisation ermöglichen diese aufgelösten hyperfeinen Übergänge eine schnelle nukleare Hyperpolarisation und elektrische Spin-Auslesung. Wir kombinieren diese Techniken, um die nukleare magnetische Resonanz von verdünntem (31)P in der reinsten verfügbaren Probe von (28)Si zu detektieren, bei Konzentrationen, die für konventionelle Messungen unzugänglich sind, und messen eine Kohärenzzeit im Festkörper von über 180 Sekunden.