Spin decoherence and electron spin bath noise of a nitrogen-vacancy center in diamond
从理论上研究了金刚石中单个氮空位中心的自旋退相干。利用自旋相干态P表象方法，模拟了N电子自旋包围的NV中心的相干演化。我们发现，自旋退相干时间以及NV中心的自由感应衰减依赖于N自旋的空间配置。NV中心的自旋退相干速率（1/T2）和退相速率（1/T2*）均随N个自旋的浓度线性增加。利用P-表示方法，我们还演示了N自旋浴的噪声谱的提取，这将提供有前途的途径，设计一个最佳的脉冲序列，以抑制金刚石中的退相干。
2012-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Free induction decay of single spins in diamond
从理论和实验两方面研究了高纯金刚石中单个氮空位缺陷引起的电子自旋自由感应衰减（FID），其中退相干的主要来源是与$^{13}$ C核自旋的超精细相互作用.特别是，我们报告了一个系统的研究FID信号作为一个功能的磁场沿对称轴的缺陷取向的强度。平均而言，增加的相干时间的$\sqrt{5/2}$的一个因素，观察到在高磁场中的金刚石样品与天然丰度的$^{13}$ C核自旋，在协议的数值模拟和理论研究。进一步的理论分析表明，这种增强与核自旋杂质的浓度无关。通过将核自旋池划分为壳和锥，我们从理论上确定了哪些核自旋是所观察到的动力学的原因。
2012-10-31 cond-mat.mes-hall
Hybridization and spin decoherence in heavy-hole quantum dots
本文从理论上研究了束缚在无应变III-V族半导体量子点中的重空穴与窄核自旋池相互作用的自旋动力学。我们表明，能带杂交导致的指数衰减的空穴自旋叠加由于超精细介导的核对翻转，和一致的单空穴自旋退相干时间T2可以通过改变外部参数调谐在许多数量级。特别是，我们表明，在实验条件下，有可能抑制超精细介导的核对翻转过程如此强烈，空穴自旋量子点可能会超出“最终限制”设置的超精细相互作用，这是存在于其他自旋量子位候选系统。
2010-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pure quantum dephasing of a solid state electron spin qubit in a large nuclear spin bath coupled by long-range hyperfine-mediated interactions
我们研究了定域自旋量子比特与核自旋池相互作用时的退相干。虽然在一个非常大的磁场的限制下，唯一的退相干机制是由于核自旋的偶极触发器的光谱扩散，随着减少的领域的超精细介导的核自旋之间的相互作用变得重要。我们利用它们的长程性质，并在退相干时间演化函数的1/N展开中恢复主导项（N是与电子自旋明显相互作用的核自旋的数量，很大）。对于热不相关浴的情况下，我们表明，我们的理论是适用于低磁场（~10 mT的一个大点，N=10^6）允许与最近的实验在GaAs量子点自旋量子位进行比较。在这种方法中，我们计算的自由感应衰减和自旋回波退相干在GaAs和InGaAs作为在浴（即量子点的大小）和磁场的核的数量的函数。我们的理论在一个狭窄的核浴中的自由感应衰减是同意由于超精细介导的相互作用，可以得到当所有的核-电子耦合常数是相同的消相干的精确解。对于自旋回波的演变，我们表明，在低场的主导退相干过程是由于具有显着不同的塞曼能量（即原子核的砷和两个同位素的镓在GaAs）之间的相互作用，我们比较我们的结果与最近测量的自旋回波信号限制在GaAs量子点。对于同一组参数，我们进行各种动态去耦脉冲序列下的退相干计算，并预测这些序列在低B制度在GaAs中的效果。
2009-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Adaptively partitioned analog quantum simulation on near-term quantum computers: The nonclassical free-induction decay of NV centers in diamond
针对近期量子计算机噪声大、连接受限导致难以开展大规模模拟量子模拟的问题，提出自适应分区环境的方法，在IBM量子平台上实现了金刚石NV中心自由感应衰减模拟并验证了非经典特性，为噪声近期量子机模拟大尺度材料提供灵活方案。
2023-11-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Highly selective detection of individual nuclear spins using the rotary echo on an electron spin as a probe
我们考虑电子自旋，如金刚石中的氮空位（NV）中心，弱耦合到大量（浴）的核自旋，并受到周期性交替相位（多旋转回波）的拉比驱动。我们表明，通过切换驱动相位同步与一个给定的核自旋的进动，这个自旋的相互作用被选择性地增强，而其余的浴保持去耦。这种增强具有共振特性。该方案的主要特点是共振宽度可调，并可通过增加驱动强度来大大减小。因此，与现有的检测方法相比，谐振可以显著地变窄10- 100倍。选择性的显着改善解释解析和证实直接数值多自旋模拟。该方法可以应用于广泛的固态系统。
2015-03-23 cond-mat.mes-hall
Wavefunction considerations for the central spin decoherence problem in a nuclear spin bath
低温下固态材料中局域电子自旋的退相干（"中心自旋“问题）被认为是由晶格中核自旋的相互作用决定的。通过施加大的磁场来分裂电子自旋的能级并防止去极化，这种去相干被部分抑制。然而，由动态核自旋浴引起的退相退相干不能以这种方式消除。核场的涨落导致电子的进动频率在一个被称为光谱扩散的过程中的不确定性。本文考虑了电子的波函数形状对光谱扩散的影响，并给出了自由感应衰减的波函数依赖的退相干时间公式，以及自旋回波和级联动力学退相干方案以增强相干性。我们还讨论了双量子点的单重态-三重态编码的量子比特的退相。这项工作的一个中心的理论结果是一个连续近似的光谱扩散问题，我们已经应用到GaAs和InAs材料具体的发展。
2008-04-11 cond-mat.mes-hall
Two-laser dynamic nuclear polarization with semiconductor electrons: feedback, suppressed fluctuations, and bistability near two-photon resonance
我们提出了如何光学相干布居捕获（CPT）的本地化半导体电子的自旋稳定周围的核自旋浴通过超精细相互作用，导致在一个状态，这是更有序的比热平衡状态。我们发现不同的控制制度，不同的迹象，激光失谐和检查过渡从非偏振，窄化状态的偏振态具有双稳态。状态的变窄产生较慢的电子自旋退相和自我改进的CPT。我们的分析是相关的各种固态系统，其中超精细诱导的退相是使用电子自旋相干性的限制。
2014-10-13 cond-mat.mes-hall
Coherent backaction between spins and an electronic bath: Non-Markovian dynamics and low-temperature quantum thermodynamic electron cooling
我们提供了一个多功能的分析框架，用于计算自旋系统的动力学接触的费米子浴超越马尔可夫近似。该方法是基于二阶扩展的Nakajima-Zwanzig主方程，但系统地包括所有的量子相干记忆效应，导致非马尔可夫动力学。我们的结果描述了，对于自由感应衰减，完整的时间范围从非马尔可夫动力学在短时间内，众所周知的指数热衰减在长时间。我们提供了完整的分析结果，为整个时间范围内使用浴巡回电子作为一个原型的普遍量子波动。此外，我们提出了一个量子热力学方案，利用非马尔可夫衰变的温度不敏感性，将热量从电子系统中传输出去，从而通过重复重新初始化自旋簇，在非常低的温度下有效地冷却电子。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Effect of strain on hyperfine-induced hole-spin decoherence in quantum dots
本文从理论上研究了应变对单重空穴自旋动力学的影响，其中单重空穴被限制在自组装量子点中，并通过超精细相互作用与周围原子核相互作用。限制和应变杂交的HH状态，这表明一个狭窄的核自旋浴指数衰减。对于不同的应变配置内的点，自旋退相干时间$T_2$的外部参数的依赖性被移动和非单调的峰值的依赖性被改变。应用外部应变会使$T_2$对外部参数的依赖性发生相当大的变化。我们发现，外部应变的影响主要是有效的超精细耦合强度的导带（CB），这表明CB混合物的杂化HH状态起着至关重要的作用，$T_2$应变的敏感性。
2012-05-11 cond-mat.mes-hall
Coherent control and suppressed nuclear feedback of a single quantum dot hole qubit
利用量子信息的未来通信和计算技术需要鲁棒且隔离良好的量子比特。III-V族半导体量子点中的电子自旋虽然是有希望的候选者，但它们的动力学受到核自旋浴的不期望的滞后和散肩效应的限制。用空穴取代电子应该会抑制超精细相互作用，从而消除强核效应。使用皮秒光脉冲，我们演示了一个单一的孔量子比特的相干控制，并检查自由感应和自旋回波衰减。在从电子到空穴的移动中，我们观察到显着减少的超精细相互作用，这一点可以通过重新出现无核动力学来证明，同时获得类似的相干时间，受到非核机制的限制。这些结果证明了光控量子点空穴量子比特的潜力。
2011-06-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin resonance spectroscopy of small ensemble paramagnetic spins using a single nitrogen-vacancy center in diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心是一种很有前途的纳米磁传感器。在这里，我们报告的电子自旋共振（ESR）光谱使用一个单一的NV中心的金刚石。首先，使用230 GHz的ESR谱仪，我们进行了系综ESR的Ib型样品晶体，并确定了一个取代的单一氮杂质作为一个主要的顺磁中心的样品晶体。然后，我们进行了自由感应衰减和自旋回波测量单个NV中心的静态和动态性质的研究纳米浴自旋NV中心周围。我们还测量了ESR谱浴自旋使用双电子-电子共振光谱与单NV中心。基于NV的ESR测量的频谱分析确定所检测到的自旋是氮杂质自旋。该实验还与金刚石样品中的其他几个单NV中心一起进行，并证明浴自旋的性质对于NV中心是独特的，表明使用基于NV的ESR在微观体积中探测自旋。最后，我们讨论了基于NV的ESR谱检测到的自旋数。通过比较实验结果与仿真，我们估计检测到的自旋的数量为$\leq$ 50自旋。
2016-10-04 cond-mat.mes-hall
Enhanced hyperfine-induced spin dephasing in a magnetic-field gradient
磁场梯度对于半导体器件中自旋量子位的单点寻址能力和电偶极自旋共振是重要的。我们发现，这些优势是抵消了潜在的减少相干时间由于非均匀性的磁场所经历的核自旋浴与自旋量子位相互作用。我们从理论上研究了局限于量子点或单施主杂质的自旋，同时考虑了自由感应和自旋回波衰变。对于GaAs中的量子点，我们发现，在一个现实的设置，磁场梯度可以减少哈恩回波相干时间几乎一个数量级。然而，这个问题可以通过施加适度的外部磁场以进入运动平均状态来解决。对于硅中的量子点，我们预测从非马尔可夫到马尔可夫行为的交叉是这些设备所独有的。最后，对于非常小的系统，如硅中的单个磷供体，我们预测由于有限尺寸效应，常见的高斯近似会崩溃。
2014-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Competing interactions in semiconductor quantum dots
我们介绍了一种基于可积性的方法，使半导体量子点模型的研究，将充分的超精细相互作用，以及偶极-偶极相互作用的平均场处理在核自旋浴。通过进行自由感应衰减和自旋回波模拟，我们表征了这两种类型的相互作用对电子自旋退相干的综合效应，外部场范围从低到高的值。我们表明，自旋回波模拟的超精细相互作用是在短时间内低场退相干的主要来源，并在较长的时间与偶极-偶极相互作用的竞争。相反，在高磁场下，衰减的主要来源是由于偶极-偶极相互作用。在后一种情况下，观察到回波的不对称性。此外，非衰减部分先前观察到的零场自由感应衰减模拟量子点中只有超精细相互作用，被破坏的偶极相互作用的平均场处理的时间更长。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
