Quadratic Zeeman effect and spin-lattice relaxation of Tm$^{3+}$:YAG at high magnetic fields
研究了$^{169}$ Tm $^{3+}$掺杂的Y $_3$ Al $_5$ O $_{12}$中$^3{\rm H}_6 \rightarrow \, ^3{\rm H}_4$跃迁的二次塞曼效应的各向异性，揭示了磁不等效位离子的位移范围从接近零到+ 4.69 GHz/T $^2$.这种大范围的位移被用来光谱解析不同的离子子集，并研究核自旋弛豫作为温度，磁场强度和取向的函数，在一个网站选择性的方式。自旋寿命在大磁场下迅速下降，揭示了直接声子吸收和发射对核自旋-晶格弛豫速率的微弱贡献。我们进一步证实了声子耦合强度的理论预测，发现比那些估计在过去的研究中的有限数量的类似晶体中的铥小得多的值。最后，我们观察到一个显着的-和意想不到的-磁场依赖性的双声子Orbach自旋弛豫过程中，在较高的场强，我们解释通过变化所产生的二次塞曼效应的电子能级分裂。
2016-08-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coherence of an optically illuminated single nuclear spin qubit
我们研究了金刚石中单个核自旋量子比特的相干特性[Dutt等人，Science，316，1312（2007）]中描述的方法。由此产生的核自旋动力学由与快速电子跃迁相关的时间相关的超精细相互作用控制，这可以用自旋涨落模型来描述。我们发现，由于类似于核磁共振中的运动平均过程，核自旋相干性可以在大量的光激发循环后保持。我们的理论分析与实验结果符合得很好。这表明了一种新的方法，可以潜在地将核自旋系统完全从电子环境中隔离出来。
2008-02-20 quant-ph
Reducing decoherence in optical and spin transitions in rare-earth-ion doped materials
在许多重要的情况下，低温稀土离子掺杂系统中的主要失相机制是由于来自主晶体中的自旋的磁场波动。在其中转变具有零一阶塞曼（ZEFOZ）偏移的磁场下操作可以大大减少这种失相。在这里，我们确定的位置与零的一阶塞曼位移的过渡Pr3+：YAG中的光学跃迁和Er 3+：Y2SiO5中的自旋跃迁。ZEFOZ能够实现的长相干时间将使Pr3+：YAG成为实现腔QED强耦合机制的强候选者，并且将是在Er3+：Y2SiO5中创建长寿命电信波长量子存储器的重要一步。这项工作主要依赖于公布的自旋哈密顿参数，但拉曼外差光谱进行Pr3+：YAG测量的激发态的参数。
2012-03-22 physics.atom-ph quant-ph
Coherence of single spins coupled to a nuclear spin bath of varying density
研究了不同13 C核自旋浓度的金刚石晶格中单电子和核自旋的动力学。结果表明，在致密的核自旋团簇中相干控制多达三个核是可行的。比较分析了原子核自旋Bell态的自由感应衰变和13 C原子核自旋的单核相干性。随着核自旋浓度的增加，自由感应衰减时间T_2 ~* 和相干时间T_2减小，对于核自旋浓度耗尽的金刚石材料，电子自旋的T_2 ~* 可达30微秒，T_2可达1.8ms。T2* 的~（13）C浓度依赖性可以用费米接触和晶格中原子核的偶极相互作用来解释。已经发现，T2大约以1/n的形式减小，其中n是13 C浓度，正如对于与核自旋浴相互作用的电子自旋所预期的那样。
2009-05-05 quant-ph
Nuclear electric resonance
核自旋量子比特具有较长的相干时间，被期望应用于量子信息处理。然而，现有的方法要么不能处理单个核（如核磁共振），要么严重影响核相干时间（如基于超精细斯塔克效应的电子核操纵，ENMHSE）。在这里，我们提出了一种称为核电共振的电子核操纵，它一方面可以寻址单个核量子比特，另一方面可以保持长的相干时间。应用这一点，我们构造了具有外电场的普适量子门。这些通用门对任意$S\ge 1$自旋核都是实用的。考虑到核电共振的相干时间要长得多，与ENMHSE相比，我们将单量子比特操作的数量提高了三个数量级。
2021-11-28 quant-ph
Emulated nuclear spin gyroscope with $^{15}$NV centers in diamond
针对 NV 陀螺仪大型自旋系综相干性退化问题，研究利用 $^{15}$NV 中心核自旋，揭示相干衰减机制并开发仅控制电子自旋的鲁棒相干保护协议，实现退相干时间提升 15 倍及陀螺仪灵敏度提升一个数量级。
2024-01-06 quant-ph
One-second coherence for a single electron spin coupled to a multi-qubit nuclear-spin environment
单电子自旋耦合到多个核自旋为量子传感和量子网络提供了有前途的多量子比特寄存器。可获得的控制水平取决于电子自旋能够选择性地与周围的核自旋耦合和解耦的程度。在这里，我们实现了一个相干时间超过一秒的单电子自旋通过去耦序列定制其微观核自旋环境。我们首先使用电子自旋来探测环境，这是由7个单独的和6对耦合的碳13自旋准确描述的。我们开发了碳-13对的初始化、控制和读出，以便直接揭示它们的原子结构。然后，我们利用这一知识，通过小心地避免不必要的相互作用，将量子态存储超过一秒。这些结果为复杂多自旋系统的量子传感提供了原理证明，并为具有长相干时间的多量子比特量子寄存器提供了机会。
2018-01-03 quant-ph
Coherence and control of quantum registers based on electronic spin in a nuclear spin bath
我们考虑一个协议，用于控制几个量子位寄存器，包括一个电子自旋嵌入在核自旋浴。我们展示了如何从环境的其余部分中隔离出几个近端核自旋，并将它们用作潜在可扩展的量子信息处理器的构建块。我们描述了如何相干控制技术的基础上磁共振方法可以适应这些电子-核固态自旋系统，不仅提供有效的，高保真度的操作的寄存器，但也从自旋浴去耦。作为一个例子，我们分析了可行的性能和实际的限制，在一个现实的设置与金刚石中的氮空位中心。
2009-01-05 quant-ph
Extending the spin coherence lifetimes of ${}^{167}$Er$^{3+}$$:$Y$_2$SiO$_5$ at subkelvin temperatures
Er $^{3+}$ $:$ Y $_2$ SiO $_5$是一种特别感兴趣的材料，这是由于其适用于电信波段量子存储器和量子换能器，从而将光通信与工作在微波范围内的量子计算机接口。延长电子自旋和核自旋的相干寿命对于实现基于这种混合电子-核自旋系统的高效量子信息处理是必不可少的。Er $^{3+}$ $:$ Y $_2$ SiO $_5$的电子自旋相干时间到目前为止仅限于几微秒，并且同时优化电子和核自旋的相干寿命存在重大挑战。在这里，我们进行了一个脉冲电子核双共振调查的Er $^{3+}$掺杂材料在亚开尔文温度。在最低工作温度下，电子自旋相干时间达到290 $\pm$ 17 $μ$ s，与以前的结果相比，已经增强了40倍。在亚开尔文区，观察到核自旋相干时间的快速增加，并获得738 $\pm$ 6 $μ$ s的最长相干时间。这些延长的相干寿命可能是Er $^{3+}$ $:$ Y $_2$ SiO $_5$在基于光纤的量子网络中的进一步应用的宝贵资源。
2022-06-25 quant-ph
Sideband cooling while preserving coherences in the nuclear spin state in group-II-like atoms
我们提出了一种激光冷却类Ⅱ族原子的方法，在不改变原子核自旋的量子态的情况下，保持了通常被光抽运破坏的相干性。由于类II族原子具有$^1S_0$闭壳基态，核自旋和电子自由度解耦，允许独立操纵。在激发态耦合这些自由度的超精细相互作用可以通过施加外部磁场来抑制。我们的协议采用解析边带冷却禁止的时钟跃迁，$^1S_0 \to {}^3P_0$，淬火通过耦合到快速衰减的$^1P_1$状态，深Paschen-Back制度。这使得激光冷却中性原子量子比特而不破坏存储在其核自旋中的量子信息成为可能，如两个例子所示，$^{171}$ Yb和$^{87}$ Sr。
2008-01-29 quant-ph
Securing coherence rephasing with a pair of adiabatic rapid passages
相干重定相是使用基于回声的策略的量子存储协议中的重要步骤。本文分析了在非均匀加宽系综中，两个绝热快速通道（ARP）是如何使原子相干态重相的。我们认为这两种情况下的光学和自旋相干性，由光学或射频（RF）的ARPs，分别重新定相。我们展示了如何在一个双回波计划的两个ARP组成的重相序列是等同于身份运营商（任何状态都可以恢复），只要满足一定的条件。我们的数学处理的ARP导致一个非常简单的几何解释内的布洛赫球，允许视觉理解的复相过程。我们还确定了确保重新定相的条件，发现光学或RF ARP场的相位在序列保持叠加态相位的能力中起着关键作用。这解决了光学ARP和射频ARP之间的差异，因为在前一种情况下不容易保证场相位控制。我们还提供了一个定量的比较$π$脉冲和ARP重组效率，后者的优越性。我们实验验证我们的分析结论，通过射频ARP重定相序列上进行的稀土离子掺杂的晶体Tm $^{3+}$：YAG，感兴趣的量子存储器。
2013-02-20 quant-ph
Automatic Event Recognition Employing Optically Excited Electro-Nuclear Spin Coherence
提出利用三能级Lambda系统把光学相干性转移至长寿命电核自旋相干性，以突破AER中激发态快速衰减对事件时长的限制，并分析相位变化对密度矩阵方程的影响。
2025-03-18 quant-ph
Role of Quantum Coherence in Chirped Dynamic Nuclear Polarization
本文利用密度矩阵与虚构乘积算符分析啁啾 DNP 中 DQ/ZQ 固体效应跃迁的量子相干及退相干作用，以解释并优化宽带极化增强效率。
2024-10-24 quant-ph
Quantum Sensing Enhancement through a Nuclear Spin Register in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
本文综述了利用金刚石NV中心中核自旋寄存器延长电子自旋相干时间以增强量子传感灵敏度的机制、协议变体及其在核自旋光谱、原子成像和磁传感中的应用，并讨论了挑战与前景。
2025-07-19 quant-ph
Room Temperature Electrically Detected Nuclear Spin Coherence of NV Centers in Diamond
我们证明了在室温下NV中心的$^{14}$ N核自旋相干性的电检测。核自旋是量子信息器件和量子传感器中的量子存储器的候选者，因此核自旋相干性的电学检测对于开发和集成此类量子器件至关重要。在本研究中，我们使用脉冲电探测电子-核双共振技术测量室温下NV中心$^{14}$ N核自旋的Rabi振荡和相干时间（$T_2$）。我们在室温下观察到$T_2 \approx$ 0.9 ms。我们的研究结果将为开发新型的基于电子和核自旋的金刚石量子器件铺平道路。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stimulated resonant spin amplification reveals millisecond electron spin coherence time of rare-earth ions in solids
电子自旋系综的不均匀性以及作用于单个自旋的涨落环境大大缩短了自旋相干时间$T_2$，阻碍了相干自旋操纵。我们表明，这个问题可以解决的同时应用的射频（rf）领域，它刺激相干自旋旋进去耦从一个不均匀的环境，和周期性的光脉冲，放大这种进动。当rf场频率接近激光脉冲重复频率时发生的所得共振具有由自旋相干时间$T_2$确定的宽度，其不受非均匀性效应的影响。我们在低温下测量了YAG晶格中Ce $^{3+}$离子基态电子的50 Hz窄电子自旋共振和毫秒长的$T_2$，而非均匀自旋退相时间$T_2^*$仅为25 ns。这项研究为在非均匀环境中实现自旋系统的相干光学操纵铺平了道路。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Using a Lindbladian approach to model decoherence in two coupled nuclear spins via correlated phase-damping and amplitude damping noise channels
本文研究了两个耦合核自旋系统中不同阶相干态的弛豫动力学。我们使用了以前设计的固有噪声存在于这样的系统中，认为马尔可夫松弛的Lindblad主方程的模型。我们在几个双自旋系统中实验产生了零、单和双量子相干性，并进行了完整的态层析成像和计算态保真度。我们在实验上测量了这些系统中零和双量子相干性的衰减。实验数据很好地拟合了一个模型，该模型认为主要噪声通道是同时作用于两个自旋的相关相位阻尼通道，以及独立作用于两个自旋的广义振幅阻尼通道。多重量子相干性的微分弛豫可以归因于同时作用于两个自旋的关联相位阻尼通道的作用。
2020-07-25 quant-ph
Protecting a nuclear spin from a noisy electron spin in diamond
虽然核自旋与环境的耦合很弱，但由于旋磁比很小，其相干时间受到与附近噪声电子的超精细耦合的限制，本文提出利用连续动力学退耦将耦合重新聚焦到电子上，如果核自旋通过约化耦合项积累的随机相位足够小，则可以增加核相干时间.最初，我们证明了这一点上的一个简单的情况下，两个级别的电子自旋，同时考虑到所有相关的超精细耦合项和噪声项。然后，我们将分析扩展到具有三能级结构的金刚石中的氮空位中心。
2017-03-05 quant-ph
Efficient quantum gates for individual nuclear spin qubits by indirect control
混合量子寄存器，例如电子-核自旋系统，已经成为用于在可扩展系统中实现量子信息和计算协议的有前景的硬件。然而，对这些系统的协调控制仍然面临挑战。特别是，核自旋的较低旋磁比使它们对控制场的响应缓慢，导致门时间通常长于电子自旋的相干时间。在这里，我们展示了一个方案，通过间接控制来规避这个问题：我们只对电子自旋施加少量的短脉冲，并让整个系统在脉冲之间的超精细耦合下进行自由演化。利用该方案，我们在电子-核自旋系统中实现了鲁棒的量子门，包括一个以核自旋为目标的Hadamard门和一个以核自旋为目标的受控非门。这些门的持续时间短于电子自旋相干时间，因此不需要额外的操作来延长系统相干时间。我们的演示作为一个概念的证明，实现有效的相干控制的电子核自旋系统，如钻石中的NV中心。当核自旋与电子自旋仅弱耦合时，我们的方案仍然适用。
2020-05-13 quant-ph
Individual solid-state nuclear spin qubits with coherence exceeding seconds
本文提出CaWO₄晶体中Er³⁺杂质附近¹⁸³W核自旋量子比特的新平台，实现长相干时间、单次量子非破坏读取及全微波门操作，制备高保真贝尔态，为可扩展长寿命量子处理器提供可能。
2024-11-27 quant-ph
Non-local nuclear spin quieting in quantum dot molecules: Optically-induced extended two-electron spin coherence time
我们证明了所有四个双电子自旋基态的InAs量子点分子（QDM）通过非本地抑制两个组成量子点（QD）的核自旋波动之间的相干性的扩展，而光学寻址只有上量子点跃迁。通过暗态光谱揭示了量子点之间的交换相互作用介导的核自旋锁定导致的长相干时间。线形分析提供了第一次测量的平静的奥弗豪泽场分布与减少核自旋波动。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent storage of microwave excitations in rare-earth nuclear spins
计算机的各种元件之间的接口-从存储器到处理器再到远程通信-对于量子计算机来说将与今天的经典计算机一样重要。顺磁性稀土掺杂晶体，如Nd $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$（YSO），是这种量子界面的优秀候选者：已知它们表现出长的光学相干寿命（用于通过光子进行通信），具有核自旋（存储器），并且另外具有可以提供与超导量子位的混合耦合（处理）的电子自旋。在这里，我们研究了这三个元素中的两个，展示了在Nd $^{3+}$：YSO中电子和$^{145}$ Nd核自旋态之间的相干存储和恢复。我们发现核自旋相干时间可以达到9毫秒在$\approx 5$ K，约两个数量级以上的电子自旋相干，而量子态和存储/检索操作的过程层析成像显示的平均状态保真度为0.86。在较低温度和更均匀的射频激发下，预期时间和结晶度将进一步改善。
2014-12-23 quant-ph
Robust millisecond coherence times of erbium electron spins
本研究报道了氧化钇中铒电子自旋的毫秒级相干时间，通过极化顺磁杂质和定制动态退耦序列，实现了长达7.1 ms的相干时间，为量子存储提供了有前景的平台。
2022-07-06 quant-ph
A silicon quantum-dot-coupled nuclear spin qubit
固态单核自旋由于其长的相干时间和良好的可控性，长期以来一直被设想为量子计算的平台。测量可以通过局部电子进行，例如单原子掺杂剂或晶体缺陷中的电子。然而，在多种掺杂剂或缺陷之间建立长程相互作用是具有挑战性的。相反，在光刻定义的量子点中，可调谐的点间电子隧穿允许相邻点中基于电子自旋的量子位的直接耦合。此外，与半导体制造技术的兼容性提供了一条引人注目的途径来扩展到大量的量子位。不幸的是，超精细相互作用通常太弱，无法解决单个核。在这里，我们表明，对于硅金属氧化物半导体量子点中的电子，超精细相互作用足以初始化，读出和控制单个硅-29核自旋，产生核自旋的长相干时间与量子点系统的灵活性和可扩展性的组合。我们展示了核自旋量子比特的高保真投影读出和控制，以及核自旋和电子自旋之间的纠缠。重要的是，我们发现当电子在量子点之间移动时，核自旋和电子自旋都保持了它们的相干性，从而为通过电子穿梭实现远程核-核纠缠铺平了道路。我们的研究结果确立了量子点中的核自旋作为量子处理的强大新资源。
2019-06-28 quant-ph
Coherence Properties of Rare-Earth Spins in Micrometer-Thin Films
本文通过离子注入技术从体块晶体中制备微米级YAG薄膜，证明其中稀土离子保持光稳定性和类体块自旋相干特性，为稀土离子片上光子集成和量子技术应用提供了可行路径。
2025-03-12 physics.optics quant-ph
Protection of center-spin coherence by dynamically polarizing nuclear spin core in diamond
实验研究了动态核极化对金刚石中氮空位中心电子自旋相干性的保护作用。NV中心的电子自旋退相干是由$^{13}$ C核自旋浴的磁场涨落引起的，当处于室温下的平衡态时，磁场涨落对NV中心的电子自旋有很大的热涨落。为了解决这个问题，我们不断地将角动量从电子自旋转移到核自旋，并在Hartman-Hahn条件下将核自旋池抽到极化态。通过观察电子自旋相干时间（$T_2^*$）的延长来验证镀液极化效应。研究了动态核极化（DNP）过程的最佳条件，包括泵浦脉冲宽度和激光脉冲的退偏效应。我们的实验结果为在固态系统中利用极化核自旋浴进行量子信息处理和量子模拟提供了有力的支持。
2013-05-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin coherence and electron nuclear double resonance of Bi donors in natural Si
硅中的施主对于新兴的量子技术具有相当大的希望，因为它们具有独特的长电子自旋相干时间。硅中的Bi施主在几个重要方面不同于P和其他V族施主：它们具有最强的结合能（70.98 meV）、大的核自旋（I = 9/2）和强的超精细耦合常数（A = 1475.4 MHz）。这些更大的能量尺度允许详细测试的理论模型描述的光谱扩散机制，是已知的管理电子自旋相干时间（T2 e）的P-施主在天然硅。我们报告的电子核双共振光谱的Bi供体，在200 MHz至1.4 GHz的范围内，并确认在这些较高的频率，电子和核自旋自由度之间的相干转移是可能的。
2010-09-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fast all-optical nuclear spin echo technique based on EIT
我们展示了一种全光拉曼自旋回波技术，使用电磁感应透明（EIT）创建不同的脉冲的自旋回波序列：初始化，π旋转，和读出。该序列的第一个脉冲直接从混合态诱导相干性，并且该技术用于测量稀土离子（Pr $^{3+}$）的非均匀加宽系综的核自旋相干性。与以前的实验相比，它不需要任何预备烧孔脉冲序列，这大大缩短了序列的总持续时间。不同脉冲的效果的特点是量子态层析成像，并与模拟进行比较。我们演示了两个应用程序的技术，通过使用自旋回波序列，以准确地补偿整个样品的磁场，并在高达11 K的高温下测量的相干时间，标准的制备技术难以实现。我们探讨了这项技术的潜力和可能的应用。
2015-12-18 quant-ph
Long nuclear spin coherence times for molecules trapped in high-purity solid parahydrogen
University of Nevada, Reno（内华达大学雷诺分校）
研究分子在高纯度固态反氢中测量自旋弛豫时间与相干时间，发现更高纯度矩阵可延长相干时间，揭示反氢矩阵对相干时间的限制。
2025-12-01 physics.atom-ph quant-ph
Observing coherence in an incoherent paramagnetic nitrogen spin bath
本文利用金刚石NV色心测量非极化P1中心的自旋相干性，通过周期性塌缩与复苏信号揭示其与$^{13}$C核自旋的偶极耦合，并证明NV色心与P1自旋耦合到独立的核自旋系综，展示了非极化暗态自旋在环境信息提取和多体相互作用研究中的价值。
2023-11-30 quant-ph
Intrinsic limit to electron spin coherence in InGaAs quantum dots featuring strain-induced nuclear dispersion
限制在自组装量子点中的单个电子的塞曼分裂自旋态提供了光学可访问的自旋量子比特。对于III-V族材料，固态主体的核自旋提供了固有的噪声源，导致电子自旋退相时间为几纳秒。虽然在低磁场的电子自旋动力学的综合研究最近已经进行，什么限制在这些系统中的电子相干性仍然不清楚，部分原因是由于测量引起的动态极化的核浴的主导作用。我们发展了一种在不影响核环境的情况下获取量子点自旋态的全光学方法。我们使用这种方法来实现哈恩回波解耦，并达到由非均匀应变场耦合到核浴的四极矩的相干设置的内在限制。这些结果表明，电子自旋相干性的扩展超过这几微秒的限制，有必要减少应变诱导的四极加宽在这些材料。
2015-12-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear spin pair coherence in diamond for atomic scale magnetometry
氮空位（NV）中心作为量子信息处理的候选固态系统，其电子自旋相干性受到局域环境引起的磁场涨落的影响。在纯钻石中，环境由数百个C-13核自旋组成，这些自旋在几纳米范围内随机分布，形成一个自旋浴。在自旋浴的影响下控制和延长电子自旋相干性是量子信息处理的挑战性任务。另一方面，对于一个给定的浴分布，它的许多字符编码在电子自旋相干。因此，很自然地提出这样的问题：是否有可能“解码”电子自旋相干性，并提取有关浴结构的信息？在这里，我们表明，在数百个C-13浴自旋，存在强耦合集团，这引起的电子自旋相干的毫秒振荡。通过分析这些振荡特征，可以唯一地确定相干核自旋团簇的位置、取向和耦合强度等关键性质。这种少核自旋团簇的可寻址性扩展了在量子计算中使用金刚石中的核自旋作为量子比特的可行性。此外，它提供了一个新的原型单电子自旋为基础的，高分辨率和超灵敏的检测器的化学和生物应用。
2010-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence Time of a Solid-State Nuclear Qubit
我们报告了使用高功率RF去耦技术的NMR实验，以表明室温下固体硅晶体中的29-Si核自旋量子比特可以在10^9个岁差周期内保持量子相位。我们报告的相干时间比任何其他观察到的固态量子比特都长四个数量级以上。在高质量晶体中，这些时间受到残余偶极耦合的限制，并且可以通过同位素耗尽进一步改善。在缺陷重的样品中，我们提供了1/f噪声限制的退相干的证据。这些结果为基于固态核自旋的量子存储器和基于硅的量子计算机的提议提供了见解。
2003-09-23 cond-mat quant-ph
Nuclear Spin Induced Transparency
提出核自旋诱导透明（NSIT）方法，通过结合光场、磁场与自旋交换相互作用实现极窄透明窗口，其宽度远小于传统EIT，在慢光和磁场传感中具应用潜力。
2025-03-05 quant-ph
Nuclear magnetic resonance spectroscopy: An experimentally accessible paradigm for quantum computing
我们目前的实验结果表明，核磁共振光谱是能够有效地模拟量子计算机的许多能力，包括幺正演化和相干叠加，但没有随之而来的波函数崩溃。具体而言，我们有：（1）用Pound-Overhauser双共振和自旋相干双共振脉冲序列两种不同的方法实现了量子异或门，（2）证明了Pound-Overhauser异或门的平方根对应于一个条件旋转，从而得到了一个普适的门集合;（3）设计了Toffoli门的自旋相干实现方案，并证实了它能实现四自旋系统的平衡态的转换;（4）在NMR中使用标准梯度脉冲技术来均衡双自旋系统中除一个之外的所有布居，从而获得对应于|00>;（5）验证了通过将其变换为单自旋叠加态，可以识别出哪一个基本赝纯态存在;（6）将自旋相干异或门应用于单自旋叠加态，产生纠缠态，并通过梯度回波方法检测相关的双量子相干性来证实其存在。
1997-10-08 quant-ph
Estimation of nuclear polarization via discrete measurement of NV center spin evolution
提出一种通过测量NV中心自旋相干性演化来估计13C核极化的方法，利用离散测量点获取信息，无需直接干预环境，具有简单且资源消耗少的优势，并在八核自旋环境中验证了其准确性。
2025-03-31 quant-ph
Enhancing Spin Coherence of Optically-Addressed Molecular Qubit by Nuclear Spin Hyperpolarization
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（瑞士保罗谢勒研究所中子与μ子科学中心）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
通过三重动态核极化技术抑制核自旋浴引起的退相干，提升分子量子比特的自旋横向相干时间，实验显示自旋回波衰减时间增强25%，并验证了核极化对相干时间的定量影响。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Coherent spin dynamics of ytterbium ions in yttrium orthosilicate
研究了核自旋非零的镱离子（$\mathrm{Yb}^{3+}$）在硅酸钇（Y $_2$ SiO $_5$）晶体中的电子和核自旋相干性质，以期在量子存储器或中继器中获得潜在的应用.我们发现，电子自旋晶格弛豫时间最大化在低磁场（$<100$ mT），其中$g~\sim6$，达到5秒，在2.5 K，而相干时间最大化时，在更高的领域，其中$g\sim0.7$，其中哈恩回波测量产生$T_2$高达73 $μ$ s的ESR跃迁。动态去耦（XY 16）可用于抑制光谱扩散，并将相干寿命延长至0.5 ms以上，接近瞬时扩散的极限。利用Davies电子-核双共振（ENDOR）方法对$^{173}\mathrm{Yb}^{3+}$核自旋进行了相干控制，并研究了其弛豫动力学.在大约4.5 K时，我们测量到核自旋$T_1$和$T_2$分别为4和0.35 ms，比电子自旋的相应时间长约4和14倍。
2017-12-01 quant-ph
NMR multiple quantum coherences in quasi-one-dimensional spin systems: Comparison with ideal spin-chain dynamics
氟磷灰石晶体中的19F自旋经常被用来在实验上近似一维自旋系统。在适当的多脉冲控制下，核自旋动力学可以用双量子一维哈密顿量一级近似建模，该哈密顿量对于最近邻耦合是解析可解的。在这里，我们使用固态核磁共振技术来研究氟磷灰石的多个量子相干性动力学，重点是理解这样一个简化的图片的有效性区域。使用实验，数值和分析方法，我们探讨了长程链内耦合，跨链耦合，以及耦合到自旋环境，所有这些都倾向于阻尼振荡的多个量子相干性信号在足够长的时间的影响。我们的分析表征氟磷灰石可以忠实地模拟一维量子线的程度。
2009-06-12 quant-ph
Protocol for generating multi-photon entangled states from quantum dots in the presence of nuclear spin fluctuations
多光子纠缠态在量子信息科学中有着重要的应用价值。半导体量子点提供了一种有希望的途径，通过经由受限的电子自旋介导光子-光子相关性来产生这种状态，但是由宿主核自旋环境引起的退相通常将光子之间的相干性（以及因此的纠缠）限制在几纳秒的自旋$T_2^*$时间内。我们提出了一个协议的确定性产生的多光子纠缠态，这是固有的鲁棒性对占主导地位的慢核自旋环境的波动，这意味着相干性和纠缠，而不是仅限于更长的自旋$T_2$时间的微秒。与以前的协议不同，本方案允许产生非常低的错误概率偏振编码的三光子GHZ态和更大的纠缠态，而不需要自旋回波或核自旋平静技术。
2018-01-03 quant-ph
Enhancement of electron spin coherence by optical preparation of nuclear spins
研究了在光激发和光子探测下，量子点中核自旋与单电子自旋的大系综相互作用。当一对外加激光场满足两个基态电子自旋态之间的双光子共振时，对中间激子态散射光的探测可以作为对由于核自旋而产生的有效磁（Overhauser）场的弱量子测量。如果自旋被驱动到一个相干的人口捕获状态，没有光散射发生，那么核状态将被投射到本征态的Overhauser场算子和电子退相干由于核自旋将被抑制：我们表明，这个限制可以通过调整激光频率时，检测到光子。我们用一个林德布拉德方程来描述受驱动系统在光子发射和探测下的时间演化。数值上，我们发现的电子相干时间从5纳秒到500纳秒的准备时间为10微秒后增加。
2005-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long coherence of electron spins coupled to a nuclear spin bath
量子比特，即量子计算所需的量子力学比特，必须在很长一段时间内保持其脆弱的量子态。在许多类型的电子自旋量子位中，退相干的主要来源是电子自旋与宿主晶格的核自旋之间的相互作用。对于栅极限定的GaAs量子点中的电子，先前的自旋回波测量已经揭示了在低于100 mT的低磁场下约1 $μ$ s的相干时间。在这里，我们表明，在这样的设备的相干性实际上可以生存更长的时间，并提供了一个详细的了解所测量的核自旋诱导退相干。在几百毫特斯拉以上的磁场中，使用单脉冲自旋回波测量的相干时间扩展到30 $μ$ s。在较低的磁场下，回波首先崩溃，但随后在不同核素的相对拉莫尔进动的周期所给定的稍后时间恢复。这种行为是最近预测的，正如我们所示，可以定量地占一个半经典模型的电子自旋动力学的存在下，一个核自旋浴。使用多脉冲Carr-Purcell-Meiboom-Gill回波序列，去相干时间可以扩展到超过200 $μ$ s，这表示与先前的测量相比提高了两个数量级。这种有效的方法来减轻核自旋诱导退相干的演示，使量子纠错阈值触手可及。
2010-05-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control of a nuclear spin via interactions with a rare-earth ion in the solid-state
固态基质中的单独寻址的Er $^{3+}$离子是用于量子中继器的有前途的资源，因为它们在电信频带中直接发射并且与硅光子器件兼容。虽然Er $^{3+}$电子自旋提供了自旋-光子界面，但辅助核自旋可以实现具有更长存储时间的多量子位寄存器。在这项工作中，我们证明了一个单一的Er $^{3+}$离子的电子自旋和一个单一的$I=1/2$核自旋的固态主机晶体，这是一个偶然定位的质子（$^1$ H）之间的相干耦合。我们使用应用于电子自旋的动态解耦序列来控制核自旋，实现单量子位和双量子位门操作。重要的是，核自旋相干时间超过电子相干时间几个数量级，因为它的磁矩较小。这些结果为长距离量子中继器提供了一条将长寿命核自旋量子寄存器与电信波长发射器相结合的途径。
2022-09-12 quant-ph
Cavity-enhanced optical readout and control of nuclear spin qubits
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）
通过腔体增强技术实现167-Er核自旋量子比特的高效光学读取与控制，为长距离光纤量子网络提供新平台。
2026-03-02 quant-ph
Electronic coherence dynamics in trans-polyacetylene oligomers
通过在平均场混合量子经典近似下计算电子和振动自由度的耦合动力学，明确地计算了反式聚乙炔低聚物中的电子退相干过程。的低聚物所描述的SSH哈密顿量和退相干的效果被纳入传播的量子经典轨迹的初始条件通过采样的维格纳分布的核自由度的合奏。对于不同长度的链，考虑了基态和激发态之间以及成对激发态之间叠加的退相干，并根据电子约化密度矩阵非对角元素中出现的核重叠函数讨论了动力学。对于长的寡聚物，相干性的损失发生在几十飞秒内。这个时间尺度由核重叠的初始衰变和粒子数衰变到其他电子态决定，对所考虑的叠加类型和类别相对不敏感。相比之下，对于较小的低聚物，退相干时间尺度强烈依赖于最初选择的叠加，叠加可以衰减快至50 fs，慢至250 fs。长寿命的叠加是这样的，很少的人口转移到其他电子状态，振动动力学是相对和谐的。
2012-03-29 quant-ph
Enhanced sensitivity in microscale high-field NMR via nuclear-spin locking with NV centers
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；EHU Quantum Center, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学EHU量子中心）
利用NV中心核自旋锁定技术，通过延长相干时间提升微尺度高场NMR的灵敏度，实现灵敏度提升超过4倍。
2026-01-27 quant-ph
Storing entanglement of nuclear spins via Uhrig Dynamical Decoupling
频闪自旋翻转已经被证明可以延长量子系统在噪声环境下的相干时间。Uhrig的动态解耦方案提供了一个最佳的序列与退相浴相互作用的量子系统。几个实验证明已经验证了这种动态解耦方案在保持单量子比特相干性方面的效率。本文描述了利用自旋为1/2的核对系综在溶液态下保持两量子比特纠缠态的Uhrig动力学解耦的实验研究。我们发现奇数阶Uhrig序列在保持纠缠方面的性能优于偶数阶Uhrig序列和周期自旋翻转序列。我们还发现存在一个最佳长度的Uhrig序列，在该长度处，退相干时间从几秒提高到大约30秒。
2011-10-07 quant-ph
Protection of center-spin coherence by a dynamically polarized nuclear spin core
充分理解耦合的电子-核自旋系统的动力学，这对于基于固态系统的长寿命量子比特的发展是重要的，仍然是一个挑战。我们发现在具有非均匀超精细耦合的单电荷半导体量子点中，在动态极化过程中，与电子自旋耦合较强的核自旋形成极化核.极化核提供了对电子自旋弛豫的保护作用，在相对小的总极化下，将衰变速率降低了$N_1$的因子，$N_1$是极化核中的核自旋数。这种保护效应可能发生在量子点和固态自旋系统缺陷中心，例如钻石中的NV中心，并且可以利用它以相对简单的方式制造长寿命量子比特和量子存储器。
2010-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrasensitive atomic comagnetometer with enhanced nuclear spin coherence
在自旋系统中实现高能量分辨率对于基础物理研究和精确测量非常重要，碱金属惰性气体comagnetometers是最好的传感器之一。我们发现了一种新的弛豫机制，在这样的设备，费米接触相互作用场的梯度，主导超极化核自旋的弛豫。我们报告的精确控制自旋分布，证明了十倍的增加，最佳的混合光泵浦的核自旋超极化和横向相干时间。在自补偿机制下工作，我们的$^{21}$ Ne-Rb-K伴磁计在0.2 ~ 1.0 Hz的频率范围内实现了$3\times10^{-8}$ \，rad/s/Hz $^{1/2}$的惯性旋转灵敏度，相当于$3.1\times 10^{-23}$ \，eV/Hz $^{1/2}$的能量分辨率。我们建议使用这个comagnetometer搜索涉及质子和中子自旋的奇异自旋相关的相互作用。预计的灵敏度超过了以前的实验和天体物理极限的四个数量级以上。
2022-10-17 physics.atom-ph quant-ph
Coherence dynamics in low-energy nuclear fusion
基于开放量子系统理论，用动态耦合道密度矩阵方法描述了低能核聚变反应。这是第一次与能量投影方法相结合，允许计算能量分辨的聚变概率。结果是基准对使用静态薛定谔动力学计算，并显示出良好的协议。通过对熵、能量耗散和相干性的计算，验证了该方法的有效性.很明显，量子退相干的存在并不影响融合概率。该框架为利用热环境进行量子热力学研究提供了基础。
2022-02-13 nucl-ex nucl-th quant-ph
Blueprint for nanoscale NMR
金刚石中的氮空位（NV）中心已被用作超灵敏磁力计，以在1 - 100 nm长度尺度下对统计极化样品进行核磁共振（NMR）光谱分析。然而，通过NV传感器相干时间和通过核通过检测体积的快速分子扩散，光谱线宽通常限于kHz水平，这反过来对于实现长的核相干时间是关键的。在这里，我们提供了一个蓝图的设置，结合了足够的灵敏度检测NMR信号从纳米到微米尺度的样品与光谱分辨率，仅限于核自旋相干，即与传统的NMR。我们的协议检测沿外部磁场的方向与近表面NV中心使用锁定检测技术，使相位相干信号平均诱导的核极化。使用NV中心的NMR检测器和光学超极化源的双重作用，以增加信噪比，并结合贝叶斯干涉模型的信号处理，纳米/微米级NMR光谱可以进行亚毫摩尔样品浓度，几个数量级优于目前的技术水平。
2017-06-21 quant-ph
Coherence time analysis in semiconducting hybrid qubit under realistic experimental conditions
混合量子比特动力学的研究包括了由核自旋和电荷陷阱引起的环境噪声的不可避免的影响。混合量子位的名字源于电荷量子位的操纵速度与自旋量子位的寿命的有利组合。它由三个电子通过外部栅极电压限制在一个双量子点，值得特别关注的量子计算应用，由于其在制造，控制和只有电气操纵方面的优势。由于混合量子比特是一个无消相干的子空间量子比特，因此它可以免受全局磁场波动的影响。除了静电门上的电荷波动外，它只受局部波动的影响，如奥弗豪泽场。在所研究的结构中，控制参数，即栅极电压，总是打开的。当模型参数取在无核同位素$^{28}$ Si，天然Si和GaAs宿主中实验可实现的值时，提取混合量子比特的相干时间。
2018-09-03 quant-ph
Multiple Quantum Coherence and Entanglement Dynamics in Spin Clusters
为了揭示多量子相干和纠缠之间的一致性，我们数值研究了偶极偶极相互作用耦合的一维线性核自旋链和核自旋环中多量子相干和纠缠的动力学行为.与基于描述自旋系统整体的密度矩阵计算MQ相干强度相反，我们考虑仅与基于约化的密度矩阵选择的自旋对相关的“微分”强度。结果表明，纠缠和MQ相干只有在最近的邻居，而我们没有得到任何一致性的远程自旋有类似的动力学。
2009-05-23 quant-ph
Enhancing the Coherence of a Spin Qubit by Operating it as a Feedback Loop That Controls its Nuclear Spin Bath
在电子自旋量子比特的许多实现中，退相干的主要来源是主体材料的波动核自旋浴。这种浴的缓慢性使其本身成为一种有希望的缓解策略，其中核自旋浴在具有抑制波动的狭窄状态下制备。在这里，这种方法是实现了一个双电子自旋量子位在GaAs双量子点和近十倍的非均匀退相时间$T_2^*$的增加被证明。在随后的测量之间，通过使用量子位作为反馈回路来准备浴，该反馈回路首先通过相干进动测量其核环境，然后根据最终状态将其极化。这个过程导致两个点之间的非零偏振梯度处的稳定固定点，这使得快速通用量子比特控制成为可能。
2010-11-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
