We designed a loop-gap microwave resonator for applications of spin-based hybrid quantum systems and tested it with impurity spins in diamond. Strong coupling with ensembles of nitrogen-vacancy (NV) centers and substitutional nitrogen (P1) centers was observed. These results show that loop-gap resonators are viable in the prospect of spin-based hybrid quantum systems, especially for an ensemble quantum memory or a quantum transducer.
References
1.
J.
Kelly
, R.
Barends
, A. G.
Fowler
, A.
Megrant
, E.
Jeffrey
, T. C.
White
, D.
Sank
, J. Y.
Mutus
, B.
Campbell
, Y.
Chen
, Z.
Chen
, B.
Chiaro
, A.
Dunsworth
, I.-C.
Hoi
, C.
Neill
, P. J. J.
O'Malley
, C.
Quintana
, P.
Roushan
, A.
Vainsencher
, J.
Wenner
, A. N.
Cleland
, and J. M.
Martinis
, Nature
519
, 66
(2015
).2.
A. M.
Tyryshkin
, S.
Tojo
, J. J. L.
Morton
, H.
Riemann
, N. V.
Abrosimov
, P.
Becker
, H.-J.
Pohl
, T.
Schenkel
, M. L. W.
Thewalt
, K. M.
Itoh
, and S. A.
Lyon
, Nat. Mater.
11
, 143
(2011
).3.
G.
Wolfowicz
, A. M.
Tyryshkin
, R. E.
George
, H.
Riemann
, N. V.
Abrosimov
, P.
Becker
, H.-J.
Pohl
, M. L. W.
Thewalt
, S. A.
Lyon
, and J. J. L.
Morton
, Nat. Nanotechnol.
8
, 561
(2013
).4.
G.
Balasubramanian
, P.
Neumann
, D.
Twitchen
, M.
Markham
, R.
Kolesov
, N.
Mizuochi
, J.
Isoya
, J.
Achard
, J.
Beck
, J.
Tissler
, V.
Jacques
, P. R.
Hemmer
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nat. Mater.
8
, 383
(2009
).5.
N.
Mizuochi
, P.
Neumann
, F.
Rempp
, J.
Beck
, V.
Jacques
, P.
Siyushev
, K.
Nakamura
, D.
Twitchen
, H.
Watanabe
, S.
Yamasaki
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Phys. Rev. B
80
, 041201
(2009
).6.
P. C.
Maurer
, G.
Kucsko
, C.
Latta
, L.
Jiang
, N. Y.
Yao
, S. D.
Bennett
, F.
Pastawski
, D.
Hunger
, N.
Chisholm
, M.
Markham
, D. J.
Twitchen
, J. I.
Cirac
, and M. D.
Lukin
, Science
336
, 1283
(2012
).7.
N.
Bar-Gill
, L.
Pham
, A.
Jarmola
, D.
Budker
, and R.
Walsworth
, Nat. Commun.
4
, 1743
(2013
).8.
J.
Wesenberg
, A.
Ardavan
, G.
Briggs
, J.
Morton
, R.
Schoelkopf
, D.
Schuster
, and K.
Mølmer
, Phys. Rev. Lett.
103
, 070502
(2009
).9.
Z.-L.
Xiang
, S.
Ashhab
, J. Q.
You
, and F.
Nori
, Rev. Mod. Phys.
85
, 623
(2013
).10.
G.
Kurizki
, P.
Bertet
, Y.
Kubo
, K.
Mølmer
, D.
Petrosyan
, P.
Rabl
, and J.
Schmiedmayer
, Proc. Nat. Acad. Sci.
112
, 3866
(2015
).11.
Y.
Kubo
, F. R.
Ong
, P.
Bertet
, D.
Vion
, V.
Jacques
, D.
Zheng
, A.
Dréau
, J.-F.
Roch
, A.
Auffeves
, F.
Jelezko
, J.
Wrachtrup
, M. F.
Barthe
, P.
Bergonzo
, and D.
Esteve
, Phys. Rev. Lett.
105
, 140502
(2010
).12.
Y.
Kubo
, C.
Grezes
, A.
Dewes
, T.
Umeda
, J.
Isoya
, H.
Sumiya
, N.
Morishita
, H.
Abe
, S.
Onoda
, T.
Ohshima
, V.
Jacques
, A.
Dréau
, J.-F.
Roch
, I.
Diniz
, A.
Auffeves
, D.
Vion
, D.
Esteve
, and P.
Bertet
, Phys. Rev. Lett.
107
, 220501
(2011
).13.
X.
Zhu
, S.
Saito
, A.
Kemp
, K.
Kakuyanagi
, S-i.
Karimoto
, H.
Nakano
, W. J.
Munro
, Y.
Tokura
, M. S.
Everitt
, K.
Nemoto
, M.
Kasu
, N.
Mizuochi
, and K.
Semba
, Nature
478
, 221
(2011
).14.
Y.
Kubo
, I.
Diniz
, A.
Dewes
, V.
Jacques
, A.
Dréau
, J.-F.
Roch
, A.
Auffeves
, D.
Vion
, D.
Esteve
, and P.
Bertet
, Phys. Rev. A
85
, 012333
(2012
).15.
R.
Amsüss
, C.
Koller
, T.
Nöbauer
, S.
Putz
, S.
Rotter
, K.
Sandner
, S.
Schneider
, M.
Schramböck
, G.
Steinhauser
, H.
Ritsch
, J.
Schmiedmayer
, and J.
Majer
, Phys. Rev. Lett.
107
, 060502
(2011
).16.
S.
Putz
, D.
Krimer
, R.
Amsüss
, A.
Valookaran
, T.
Nöbauer
, J.
Schmiedmayer
, S.
Rotter
, and J.
Majer
, Nat. Phys.
10
, 720
(2014
).17.
D. I.
Schuster
, A. P.
Sears
, E.
Ginossar
, L.
DiCarlo
, L.
Frunzio
, J. J. L.
Morton
, H.
Wu
, G. A. D.
Briggs
, B. B.
Buckley
, D. D.
Awschalom
, and R. J.
Schoelkopf
, Phys. Rev. Lett.
105
, 140501
(2010
).18.
V.
Ranjan
, G.
de Lange
, R.
Schutjens
, T.
Debelhoir
, J. P.
Groen
, D.
Szombati
, D. J.
Thoen
, T. M.
Klapwijk
, R.
Hanson
, and L.
DiCarlo
, Phys. Rev. Lett.
110
, 067004
(2013
).19.
P.
Bushev
, A. K.
Feofanov
, H.
Rotzinger
, I.
Protopopov
, J. H.
Cole
, C. M.
Wilson
, G.
Fischer
, A.
Lukashenko
, and A. V.
Ustinov
, Phys. Rev. B
84
, 060501
(2011
).20.
S.
Probst
, H.
Rotzinger
, S.
Wünsch
, P.
Jung
, M.
Jerger
, M.
Siegel
, A. V.
Ustinov
, and P. A.
Bushev
, Phys. Rev. Lett.
110
, 157001
(2013
).21.
C. W.
Zollitsch
, K.
Mueller
, D. P.
Franke
, S. T. B.
Goennenwein
, M. S.
Brandt
, R.
Gross
, and H.
Huebl
, Appl. Phys. Lett.
107
, 142105
(2015
).22.
H.
Huebl
, C. W.
Zollitsch
, J.
Lotze
, F.
Hocke
, M.
Greifenstein
, A.
Marx
, R.
Gross
, and S. T. B.
Goennenwein
, Phys. Rev. Lett.
111
, 127003
(2013
).23.
Y.
Tabuchi
, S.
Ishino
, A.
Noguchi
, T.
Ishikawa
, R.
Yamazaki
, K.
Usami
, and Y.
Nakamura
, Science
349
, 405
(2015
).24.
H.
Wu
, R. E.
George
, J. H.
Wesenberg
, K.
Mølmer
, D. I.
Schuster
, R. J.
Schoelkopf
, K. M.
Itoh
, A.
Ardavan
, J. J. L.
Morton
, and G. A. D.
Briggs
, Phys. Rev. Lett.
105
, 140503
(2010
).25.
B.
Julsgaard
, C.
Grezes
, P.
Bertet
, and K.
Mølmer
, Phys. Rev. Lett.
110
, 250503
(2013
).26.
C.
Grezes
, B.
Julsgaard
, Y.
Kubo
, M.
Stern
, T.
Umeda
, J.
Isoya
, H.
Sumiya
, H.
Abe
, S.
Onoda
, T.
Ohshima
, V.
Jacques
, J.
Esteve
, D.
Vion
, D.
Esteve
, K.
Mølmer
, and P.
Bertet
, Phys. Rev. X
4
, 021049
(2014
).27.
S.
Probst
, H.
Rotzinger
, A. V.
Ustinov
, and P. A.
Bushev
, Phys. Rev. B
92
, 014421
(2015
).28.
E.
Abe
, H.
Wu
, A.
Ardavan
, and J. J. L.
Morton
, Appl. Phys. Lett.
98
, 251108
(2011
).29.
S.
Probst
, A.
Tkalčec
, H.
Rotzinger
, D.
Rieger
, J.-M.
Le Floch
, M.
Goryachev
, M. E.
Tobar
, A. V.
Ustinov
, and P. A.
Bushev
, Phys. Rev. B
90
, 100404
(2014
).30.
L.
Abdurakhimov
, Y.
Bunkov
, and D.
Konstantinov
, Phys. Rev. Lett.
114
, 226402
(2015
).31.
D. L.
Creedon
, J.-M.
Le Floch
, M.
Goryachev
, W. G.
Farr
, S.
Castelletto
, and M. E.
Tobar
, Phys. Rev. B
91
, 140408
(2015
).32.
A.
Angerer
, T.
Astner
, D.
Wirtitsch
, H.
Sumiya
, S.
Onoda
, J.
Isoya
, S.
Putz
, and J.
Majer
, Appl. Phys. Lett.
109
, 033508
(2016
).33.
J.-M.
Le Floch
, N.
Delhote
, M.
Aubourg
, V.
Madrangeas
, D.
Cros
, S.
Castelletto
, and M. E.
Tobar
, J. Appl. Phys.
119
, 153901
(2016
).34.
B.
Rose
, A.
Tyryshkin
, H.
Riemann
, N.
Abrosimov
, P.
Becker
, H.-J.
Pohl
, M.
Thewalt
, K.
Itoh
, and S.
Lyon
, Phys. Rev. X
7
, 031002
(2017
).35.
L. A.
Williamson
, Y.-H.
Chen
, and J. J.
Longdell
, Phys. Rev. Lett.
113
, 203601
(2014
).36.
C.
O'Brien
, N.
Lauk
, S.
Blum
, G.
Morigi
, and M.
Fleischhauer
, Phys. Rev. Lett.
113
, 063603
(2014
).37.
R.
Hisatomi
, A.
Osada
, Y.
Tabuchi
, T.
Ishikawa
, A.
Noguchi
, R.
Yamazaki
, K.
Usami
, and Y.
Nakamura
, Phys. Rev. B
93
, 174427
(2016
).38.
S.
Blum
, C.
O'Brien
, N.
Lauk
, P.
Bushev
, M.
Fleischhauer
, and G.
Morigi
, Phys. Rev. A
91
, 033834
(2015
).39.
J. S.
Hyde
, W.
Froncisz
, and T.
Oles
, J. Magn. Reson. (1969)
82
, 223
(1989
).40.
Y.-H.
Chen
, X.
Fernandez-Gonzalvo
, and J. J.
Longdell
, Phys. Rev. B
94
, 075117
(2016
).41.
S.
Felton
, A. M.
Edmonds
, M. E.
Newton
, P. M.
Martineau
, D.
Fisher
, D. J.
Twitchen
, and J. M.
Baker
, Phys. Rev. B
79
, 075203
(2009
).42.
V.
Acosta
, E.
Bauch
, M.
Ledbetter
, C.
Santori
, K.-M.
Fu
, P.
Barclay
, R.
Beausoleil
, H.
Linget
, J.
Roch
, F.
Treussart
, S.
Chemerisov
, W.
Gawlik
, and D.
Budker
, Phys. Rev. B
80
, 115202
(2009
).43.
F.
Dolde
, H.
Fedder
, M. W.
Doherty
, T.
Nöbauer
, F.
Rempp
, G.
Balasubramanian
, T.
Wolf
, F.
Reinhard
, L. C. L.
Hollenberg
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nat. Phys.
7
, 459
(2011
).44.
P.
Jamonneau
, M.
Lesik
, J. P.
Tetienne
, I.
Alvizu
, L.
Mayer
, A.
Dréau
, S.
Kosen
, J.-F.
Roch
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, T.
Teraji
, Y.
Kubo
, P.
Bertet
, J. R.
Maze
, and V.
Jacques
, Phys. Rev. B
93
, 024305
(2016
).45.
T.
Brecht
, M.
Reagor
, Y.
Chu
, W.
Pfaff
, C.
Wang
, L.
Frunzio
, M. H.
Devoret
, and R. J.
Schoelkopf
, Appl. Phys. Lett.
107
, 192603
(2015
).46.
A. J.
Sigillito
et al., Appl. Phys. Lett.
104
, 222407
(2014
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
