リュードベリ遷移

液体ヘリウム上の電子は、不純物や格子欠陥の影響を受けない、極めてクリーンな量子コンピューティングプラットフォームです。中でもスピン状態は、他の系と比べて非常に長いコヒーレンス時間を持つと理論的に予測されており、量子ビットとしての利用が注目されています。一方で、スピン状態の読み出しは依然として困難です。そこで我々は、スピン状態をリュードベリ状態にマッピングし、LC回路を用いてその遷移を高感度に検出する手法を提案・実証しました。周波数変調を加えたマイクロ波によりリュードベリ準位の遷移を誘起し、量子キャパシタンスの変化として読み出すことで、単一電子のリュードベリ遷移を識別できる感度を実現しました。この成果は、スケーラブルなスピン読み出しへの道を開くものです。

マイクロ波（MW）キャリア周波数 f_MW に対する反射RF電力をスペクトラムアナライザーで測定した結果。周波数変調（FM）のパラメータは f_mf = 1 kHz、f_ma = 768 MHz です。リュードベリ遷移に対応する信号として、f_MW = 165 GHz 付近で f = f_RF ± f_mf にサイドバンド信号が現れます。

2025

PRL

Probing the Quantum Capacitance of Rydberg Transitions of Surface Electrons on Liquid Helium via Microwave Frequency Modulation

Asher Jennings^*, Ivan Grytsenko, Yiran Tian, Oleksiy Rybalko, Jun Wang, Itay Josef Barabash, and Erika Kawakami^*

Phys. Rev. Lett. 135, 087001 (2025).

Editors’ Suggestion

DOI arXiv Bib Journal

@article{jennings2025rydberg,
  title = {Probing the Quantum Capacitance of Rydberg Transitions of Surface Electrons on Liquid Helium via Microwave Frequency Modulation},
  author = {Jennings, Asher and Grytsenko, Ivan and Tian, Yiran and Rybalko, Oleksiy and Wang, Jun and Barabash, Itay Josef and Kawakami, Erika},
  journal = {Phys. Rev. Lett.},
  volume = {135},
  pages = {087001},
  year = {2025},
  doi = {10.1103/5y8p-qhb4},
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  overleaf_suppl = {https://www.overleaf.com/read/vhmsmhdscrjm#87fba9},
  index = {2024 Rydberg FM},
  note = {Editors' Suggestion},
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