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High-fidelity control of a $^{13}$C nuclear spin coupled to a tin-vacancy center in diamond

Resch, Jeremias ORCID iD icon 1; Karapatzakis, Ioannis ORCID iD icon 1; Elshorbagy, Mohamed; Schrodin, Marcel; Fuchs, Philipp; Graßhoff, Philipp; Kussi, Luis; Sürgers, Christoph ORCID iD icon 1; Popov, Cyril; Becher, Christoph; Wernsdorfer, Wolfgang 1,2; Hunger, David ORCID iD icon 1,2
1 Physikalisches Institut (PHI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Nuclear spins near group-IV defects in diamond are promising candidates for quantum memories in quantum network applications. Here, we demonstrate high-fidelity control of a single $^{13}$C nuclear spin coupled to a tin-vacancy center in diamond. We perform a combination of optical and microwave pumping to achieve initialization into a combined electronuclear spin state with a fidelity of 99.74(3)%. Harnessing a superconducting waveguide for radio-frequency driving, we demonstrate precise nuclear-spin control: Ramsey measurements reveal a coherence time of 𝑇*$_2$=1.5⁢(1)  ms , and we use dynamical decoupling to extend it to 1.35(3) s. We perform randomized benchmarking, yielding a single-qubit gate fidelity of 99.92(1)%. This demonstrates a coherent spin-photon system with promising properties for quantum network nodes.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000190687
Veröffentlicht am 28.04.2026
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Physikalisches Institut (PHI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 19.03.2026
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2160-3308
KITopen-ID: 1000190687
HGF-Programm 47.12.01 (POF IV, LK 01) Advanced Solid-State Qubits and Qubit Systems
Erschienen in Physical Review X
Verlag American Physical Society (APS)
Band 16
Seiten Art.-Nr.: 011060
Vorab online veröffentlicht am 09.02.2026
Nachgewiesen in OpenAlex
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