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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2501.02779 (cond-mat)
[提交于 2025年1月6日 ]

标题: 电子在芯片上捕获装置中氦气上的图像电荷检测

标题: Image-charge detection of electrons on helium in an on-chip trapping device

Authors:Mikhail Belianchikov, Natalia Morais, Denis Konstantinov
摘要: 被束缚在超流氦表面的电子被认为是一种对量子计算有用的资源。 这些电子表现出其表面束缚(里德伯)态的长相干性,同时易于通过静电进行操控。 最近的提案探讨了将电子的自旋态与其量子化运动状态耦合的可能性,有望实现一种高度可扩展的二维量子计算机架构。 然而,尽管最近在使用电路量子电动力学(circuit-QED)装置检测电子的量子化横向运动方面取得了进展,但对少量电子的操控及其量子态的检测仍然是一个具有挑战性的问题。 在此,我们报告了一种在片上微通道器件中检测超流氦表面上电子的里德伯跃迁的结果,在该器件中,电子通过一组静电门被移动和束缚。 一种高灵敏度的图像电荷检测系统不仅使我们能够解析这些电子的跃迁光谱,还能进行器件表征。 所展示的灵敏度表明检测单个电子的里德伯跃迁是可行的,这可能为非破坏性自旋态读出开辟一条新途径。
摘要: Electrons trapped on the surface of superfluid helium have been thought of as a useful resource for quantum computing. Such electrons show long coherence of their surface-bound (Rydberg) states combined with their easy electrostatic manipulation. Recent proposals explored the possibility of coupling the spin state of an electron and the state of its quantized motion with a promise of a highly scalable 2D architecture for a quantum computer. However, despite recent progress in the detection of quantized lateral motion of electrons using a circuit-QED setup, the manipulation of a small number of electrons and their quantum state detection remains a challenging problem. Here, we report on the detection of the Rydberg transition of electrons on superfluid helium in an on-chip microchannel device in which electrons are moved and trapped by a set of electrostatic gates. A highly sensitive image-charge detection system allows us not only to resolve the transition spectra of such electrons, but also to perform the device characterization. The demonstrated sensitivity shows the feasibility of detecting the Rydberg transition of a single electron, which can open a new pathway for a non-destructive spin-state readout.
评论: 12页,13图
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 应用物理 (physics.app-ph); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2501.02779 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2501.02779v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.02779
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mikhail Belianchikov [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 1 月 6 日 05:49:56 UTC (6,623 KB)
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