실리콘 카바이드(silicon carbide) 내 실리콘 빈자리(silicon vacancy)는 광자(qubit) 큐빗과 효과적으로 인터페이스할 수 있는 장수명 스핀 큐빗을 통해, 산업 친화적인 플랫폼에 내장된 유망한 양자 시스템으로 부상하고 있다. 그러나 3/2라는 독특한 스핀 양자수는 광학적 초기화로 준비되는 기저 상태 스핀 부수준들에 대한 통계적 혼합을 유발하여, 고충실도 스핀-광자 인터페이스로의 성공적인 적용을 저해한다. 최근의 실험적 돌파구는 전자 스핀 공명(electron spin resonance)을 이용하여 선택된 스핀 부수준들을 동시에 광학적으로 초기화하고 소모(depletion)함으로써 순수 상태(pure-state) 준비를 달성함으로써 이 문제에 대한 해결책을 제시하였다. 그럼에도 불구하고 이 과정의 근본 메커니즘은 아직 충분히 이해되지 않았으며, 결정적(deterministic) 초기화를 달성하기 위한 효율적인 방법은 아직 탐구되지 않았다. 본 연구에서는 완전한 속도(rate) 모델을 수립함으로써 선택적 초기화 과정을 포괄적으로 조사한다. 우리는 근본 메커니즘에 대한 상세한 설명을 제공하고, 사용된 실험 파라미터에 의해 강하게 좌우되는 초기화 충실도와 효율성 간의 트레이드오프를 규명한다. 다양한 범위의 실험 파라미터를 철저히 탐색한 결과, 99%를 초과하는 순수 상태 초기화 충실도를 가능하게 하는 최적의 초기화 과정을 찾아낸다. 본 연구는 실리콘 카바이드 내 실리콘 빈자리를 기반으로 하는 양자 반복기(quantum repeater)와 같은 고충실도 스핀-광자 인터페이스 응용을 달성하는 데 유용한 통찰을 제공한다.

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