在二维材料中，双层石墨烯是实现电子可控量子比特的极具前景平台。其中，在谷自由度中，编码量子信息的能力，谷自由度是由六方晶体结构对称性产生的二重轨道简并性。谷值的使用是有利的，因为已知自旋和轨道混合机制不太可能在谷值中起作用，从而有望产生更强大的量子比特。谷态相关的贝里曲率，对其能量进行电调控，这为相干量子比特操纵，提供了新路径。然而，目前尚不清楚谷态的弛豫时间，这最终限制了这些量子比特的相干特性，因此也限制了作为实际量子比特的适用性。
今日，瑞士 苏黎世联邦理工学院 (ETH Zürich) Rebekka Garreis, Chuyao Tong等，在Nature Physics上发文，在栅极定义的双层石墨烯量子点器件中，实验测量了这些自旋和谷态的特征弛豫时间。
不同谷态，以99%以上的保真度彼此区分。谷三重态和单重态之间的弛豫时间超过500ms，比自旋态长一个数量级以上。这项工作，促进了谷量子比特相干性的未来测量，证明了双层石墨烯是实用的新材料平台，用以承载电控的、长寿命的谷量子比特。
图1: 用于确定自旋和谷弛豫时间的脉冲实验。
图2: 在(0, 2)和(1, 1)态中，占用概率以及相关态和转变的示意图。
图3: (1, 1)T → (0, 2)S的自旋和谷的特征弛豫时间T1。
图4: 具有较弱和较强点间耦合的自旋和谷T1时间。
文献链接
Garreis, R., Tong, C., Terle, J. et al. Long-lived valley states in bilayer graphene quantum dots. Nat. Phys. (2024).
https://doi.org/10.1038/s41567-023-02334-7
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02334-7
本文译自Nature。
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