幾何学的スピンの無磁場下でのホロノミック単一光量子ゲート

誤り耐性のある単一スピン高速量子ゲートの実現は、固体量子情報処理の中核となる必要条件である。偏光は幾何学的干渉を示すため、スピンコヒーレンスもスピン軌道相互作用を介して光で幾何学的に制御される。今回我々は、ダイヤモンドの窒素空孔中心における無磁場下でのスピン1の電子系の縮退部分空間の幾何学的スピンによって、非断熱的ホロノミック光量子ゲートの実装が可能になることを示す。擬似共振光照射下での幾何学的スピンは、スピン軌道空間で円環状に時間発展し、任意の軸の周りで偏光と離調によって規定される角度の回転をもたらす幾何学的位相すなわちホロノミーを得る。これによって、単一操作で汎用ホロノミック量子ゲートが可能になる。我々は、幾何学的スピンの生成・読み出し技術を用いてパウリ量子ゲートを全て実証している。この新しい方式は、ホロノミック量子コンピューターやホロノミック量子中継器の実現に道を開くものである。