Measurement of back-action from electron spins in a gate defined GaAs double quantum dot coupled to a mesoscopic nuclear spin bath
量子系统与环境相互作用产生的退相干是理解量子和经典世界之间的过渡以及量子技术应用中的性能限制的关键概念。大型弱耦合环境的效应通常被描述为经典的波动场，其动力学不受量子比特的影响，而完全量子描述仍然意味着量子比特对环境的一些反作用。在这里，我们显示了直接的实验证据，这种反作用的电子自旋量子位在GaAs量子点耦合到介观环境的顺序$10^6$核自旋。通过相关测量技术，我们检测到一个单一的量子位的环境相互作用，其持续时间是可比的量子位的相干时间，即使在这样一个大的系统的反作用。我们反复让量子位与自旋浴相互作用并测量其状态。在这样的周期之间，量子比特被重新初始化为不同的状态。测量结果的相关性受到中间量子比特态的强烈影响，这揭示了单个电子自旋对核自旋的作用。
2020-07-26 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
Mesoscopic Spin-Boson Models of Trapped Ions
库仑晶体中的囚禁离子为我们提供了研究玻色子浴中单自旋耦合物理的基本元素。在这项工作中，我们表明，光学力使我们能够实现各种自旋玻色子模型，这取决于晶体的几何形状和激光配置。我们详细研究了欧姆的情况下，它可以通过照射一个单一的离子与行波来实现。声子池的介观特性在囚禁离子诱导新的效果，如在自旋演化的量子复兴的外观。
2007-10-28 cond-mat.mes-hall 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
Quantum thermodynamics with fast driving and strong coupling via the mesoscopic leads approach
本研究推广了介观导线方法，使其能处理系统哈密顿量中任意时间依赖性，从而研究快速驱动和强耦合下的量子热力学，并展示了该方法在复现已知结果及诱导热整流方面的能力。
2024-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sub-micron Circuit Fabrication on Diamond Anvils for Mesoscopic High-Pressure Experiments
本文提出在金刚石对顶砧上利用双层抗蚀剂与电子束光刻制备亚微米级高附着、耐磨电路，并通过钨电路测得锆在约30 GPa相变处超导转变温度跃升4倍，为高压下介观精密测量开辟了新途径。
2025-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.supr-con
Suppression of spin bath and low-frequency noise for sub-MHz AC magnetometry based on double-dressed spin qubit in diamond
本文提出利用级联连续动力学解耦形成单、双缀饰态以抑制金刚石量子比特的自旋浴耦合和低频噪声，实现低于1 MHz弱AC信号检测，SNR最高达17。
2025-06-09 quant-ph
Dephasing of quantum bits by a quasi-static mesoscopic environment
我们研究了强耦合到介观自旋浴和弱耦合到其他环境自由度的两态量子系统中的相干过程。我们的分析是专门针对理解固态量子比特的量子动力学，如半导体结构和超导岛中的电子自旋。在准静态浴中讨论了具有长相关时间的介观自由度（局部自由度，如核自旋和电荷陷阱）在量子比特相关退相中的作用。建立了一个同时描述慢介观浴和马尔可夫环境耦合的理论框架，研究了整个系统的退相和退相干性质.该模型被应用到几个具体的例子，直接相关的电流experiments。与实验的比较表明，这种准静态自由度在当前的量子比特实现中起着重要作用。考虑了几种减轻浴引起的误差的方法。
2006-03-21 quant-ph
Environment induced entanglement in many-body mesoscopic systems
我们表明，两个，非相互作用，无限长的自旋链可以成为全球纠缠在介观水平的波动算子通过一个纯粹的噪音微观机制引起的存在下，一个共同的热浴。通过专注于一个合适的类的介观观测值，两个链之间的耗散产生的量子关联的行为进行了研究作为耗散强度和浴温度的函数。
2014-05-07 quant-ph
Entanglement of a spin-1/2 Ising-Heisenberg diamond spin cluster in the thermal bosonic bath
本文研究热玻色子浴环境下具有伊辛-海森堡相互作用的菱形自旋团簇的时间演化，利用负性度量分析中心自旋间的纠缠行为，揭示了环境参数对纠缠增强的影响及纠缠达到最大值的条件。
2025-07-22 quant-ph
Control of electron spin decoherence caused by electron-nuclear spin dynamics in a quantum dot
通过求解耦合量子动力学方程，研究了InAs量子点中多个相互作用核自旋的介观浴对电子自旋退相干的控制。由于核自旋浴的分叉演化是基于电子自旋的上升或下降状态，因此它测量了电子自旋的哪个状态信息，从而降低了它的相干性。用对关联近似求解了核自旋池的多体动力学。在相应的时间尺度上，核的成对触发器，作为介观浴中的元激发，可以映射到非相互作用的赝自旋的进动。这种映射为理解退相干和设计控制方案提供了几何图像。仔细检查核浴动力学揭示了丰富的现象和控制电子自旋退相干的新的可能性。例如，当电子自旋在$τ$处被$π$ -脉冲翻转时，其相干性将在$\sqrt{2}τ$处部分恢复，这是从介观浴中量子解纠缠的结果。与常规自旋回波对非均匀展宽相位的重新聚焦不同，通过控制量子对象，通过引导浴态的量子演化来实现解纠缠。一个级联的脉冲序列的建设可以消除退相干与任意精度，与核-核自旋相互作用强度作为控制小参数。
2007-03-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence properties of NV-center ensembles in diamond coupled to an electron-spin bath
本文利用CCE方法系统计算了金刚石NV色心系综在0.1-100 ppm电子自旋浴浓度下的退相干性质，揭示了文献中T2相干时间显著偏差源于平均与拟合程序选择，为中心自旋问题提供了可靠快速的模拟指导。
2024-09-10 physics.comp-ph quant-ph
Towards a quantum interface between spin waves and paramagnetic spin baths
自旋波作为下一代信息技术的候选信息载体已经崛起。最近的实验证明，他们的检测使用电子自旋在金刚石铺平了道路，对研究的反作用的一个可控的顺磁自旋浴上的自旋波。在这里，我们提出了一个量子理论描述自旋波和顺磁自旋之间的相互作用。作为一个案例研究，我们考虑了氮空位自旋在金刚石附近的钇铁石榴石薄膜的合奏。我们展示了如何在强大的和可调的修改自旋波谱和传播特性的合奏结果的反作用。这些修改包括自旋波传播的完全抑制，并在不同的参数制度，其传播长度的增强$\sim 50\%$。此外，我们展示了如何自旋波的热波动引起的可测量的频率偏移的顺磁自旋在浴。这种偏移导致可以用金刚石机械谐振器光学地和/或机械地测量的热色散力。此外，我们用我们的理论来计算自旋波介导的自旋之间的相互作用在浴缸。我们表明，所有上述影响是可衡量的国家的最先进的实验。我们的研究结果为描述自旋波和自旋浴的混合量子系统提供了理论基础，并建立了量子自旋作为自旋电子学的主动控制，传感和接口工具的潜力。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement generation via a completely mixed nuclear spin bath
我们发现，量子比特通过海森堡相互作用顺序耦合到一个介观静态完全混合的自旋浴可以成为高度纠缠。简单的协议产生的多体纠缠（Greenberger-Horne-Zeilinger-）状态。我们展示了通过电子与核自旋的超精细相互作用在量子点中实验实现的可行性。
2008-09-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytic solutions to the central spin problem for Nitrogen Vacancy centres in diamond
由于对基于固态的量子计算体系结构和量子力学系统在纳米磁学中的应用的兴趣，最近已经有相当多的注意力集中在理解固态自旋浴的微观动力学及其对可控耦合中心电子自旋的相干性的影响上。许多分析方法都是基于简化的唯象模型，其中很难捕捉到与该系统相关的许多复杂物理。相反，数值方法再现了这种复杂的行为，但它们所能提供的理论洞察力有限。使用一个系统的方法的基础上的空间统计的自旋浴成分，我们开发了一个纯粹的分析理论的中心自旋退相干问题的氮空位中心的金刚石，再现文献中发现的实验和数值计算结果，同时纠正了一些限制和不准确与现有的分析方法。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin coherence in strongly coupled spin baths in quasi-two-dimensional layers
本文研究准二维金刚石层中 NV⁻ 自旋与强耦合氮缺陷浴的相干衰减，提出团簇关联展开分区方法，证明薄层可突破体材料高缺陷浓度限制。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum theory of nuclear spin dynamics in diamond nitrogen-vacancy center
我们发展了一个量子理论，研究了由于超精细相互作用而引起的核自旋动力学的退相、弛豫、压缩和窄化。我们的理论的一阶结果再现和推广了核自旋压缩的非线性哈密顿量[M。S. Rupert，Phys. Rev. Lett. 107，206806（2011）]。我们的理论的二级结果很好地解释了金刚石氮空位中心$^{13}$ C核自旋池变窄的实验现象[E. Togan，Nature 478，497（2011）
2014-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entropy production in the mesoscopic-leads formulation of quantum thermodynamics
本文提出利用介观导线方法构建马尔可夫嵌入，研究强耦合开放量子系统的熵产生，证明了热不动点的存在，并恢复了瞬态区域熵产生的微观定义及可计算的修正。
2024-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Identifying and decoupling many-body interactions in spin ensembles in diamond
我们模拟了固态系统中变密度准二维自旋系综的动力学，重点是金刚石中的氮空位中心。我们认为，在一个现实的“自旋浴”的环境下，各种控制序列的平均动态的大合奏的自旋。我们发现，自旋锁定是有效的去耦自旋初始化沿驱动轴，无论是从相干偶极相互作用和外部自旋浴环境，当驱动是两个数量级强于相关的耦合能量。由于标准脉冲动态去耦序列的应用导致与环境的强去耦，而其他专门的脉冲序列可以去耦相干偶极相互作用，这样的序列可以用于识别主要的相互作用类型。此外，脉冲去耦序列的适当组合可以导致两种相互作用类型的抑制，从而允许额外的自旋操纵。最后，我们考虑这些控制协议上的有限宽度脉冲的效果，并确定提高去耦效率与脉冲持续时间的增加，从而从移相和相干动态的相互作用。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement of dark electron-nuclear spin defects in diamond
多量子比特量子寄存器的一种有前途的方法是使用光学可寻址自旋来控制环境中的多个暗电子自旋缺陷。虽然最近的实验已经观察到与这种暗自旋的相干相互作用的特征，但实现量子信息处理所需的单独控制是一个公开的挑战。在这里，我们展示了与多个P1中心相关的单个暗自旋的初始化，控制和纠缠，这些中心是金刚石中氮空位中心周围自旋浴的一部分。我们实现了投影测量，以准备P1中心的多个自由度-它们的Jahn-Teller轴，核自旋和电荷状态-并利用这些来选择性地访问浴中的多个P1。我们开发了控制和单次读出的核和电子自旋，并使用它来证明两个P1中心的纠缠态。这些结果为利用暗电子核自旋缺陷作为量子比特用于量子传感、计算和网络提供了原理证明。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theoretical study of nitrogen-vacancy spin coherence enhanced by vacancy aggregation in diamond using cluster-correlation expansion
University of Tsukuba（筑波大学）；Institute of Pure and Applied Sciences（纯理与应用科学研究院）；Japanese-French Laboratory for Semiconductor Physics and Technology J-FAST（日法半导体物理与技术实验室（J-FAST））；CNRS（法国国家科学研究中心）；University Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Grenoble INP（格勒诺布尔国立理工学院）
通过团簇关联展开模拟，发现多空位自旋浴因跃迁频率失配减少自旋交换，使NV-相干时间延长2.7-4.4倍，推翻空位聚集导致退相干的传统观点。
2026-11-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum decoherence of nitrogen-vacancy spin ensembles in a nitrogen spin bath in diamond under dynamical decoupling
SKKU Advanced Institute of Nanotechnology (SAINT), Sungkyunkwan University（成均馆大学 SKKU 纳米技术高级研究所）；Department of Physics and Department of Energy Systems Research, Ajou University（亚洲大学物理系与能源系统研究部）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Center for Quantum Information, Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院量子信息中心）；Division of Nano and Information Technology, KIST School, Korea University of Science and Technology（韩国科学技术院 KIST 学院纳米与信息技术分部）；Department of Chemistry, University of Chicago（芝加哥大学化学系）；Center for Molecular Engineering and Materials Science Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室分子工程与材料科学中心）；Department of Quantum Information Engineering, Sungkyunkwan University（成均馆大学量子信息工程系）
研究通过理论与实验结合，探讨了在氮供体（P1中心）浴中NV退相干动力学，发现T2时间与脉冲数呈二次关系，验证了量子浴模型与CCE方法的有效性。
2025-03-07 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A First-principles Computational Framework for Quantum Decoherence in Complex Diamond Spin Environments
Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Ajou University（亚洲大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Korean Research Institute of Standards and Science（韩国计量科学研究院）；Ulm University（乌尔姆大学）；Korea University of Science and Technology（韩国科学技术院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
该研究开发了结合第一性原理计算与实验验证的框架，揭示金刚石缺陷环境对量子退相干的影响，为优化缺陷基量子材料的退相干提供预测方法。
2026-08-05 quant-ph
Bath memory as a precision resource in quantum transport
Universidad de Murcia（穆尔西亚大学）
研究利用结构浴记忆增强介观量子输运精度，提出阻抗匹配条件优化浴带宽，使Fano因子最小化并超越马尔可夫极限，为半导体量子点阵列等平台提供设计策略。
2026-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Noise spectroscopy of a quantum-classical environment with a diamond qubit
了解量子系统的环境对于其作为量子设备的实际使用至关重要。量子比特传感器可以重建经典浴的噪声谱密度，提供足够长的相干时间。在这里，我们提出了一个协议，可以解开一个更复杂的环境，包括未知的相干耦合量子系统的特性，和一个更大的量子浴，可以建模为一个经典的随机场。我们利用金刚石中氮空位中心的丰富环境，用偏置磁场调节环境行为，实验证明我们的方法。我们展示了如何重建噪声谱密度，即使在有限的相对较短的相干时间，并确定当地的自旋环境。重要的是，我们证明了重建的模型可以具有预测能力，在不用于噪声光谱的控制序列下描述自旋量子位动力学，这是构建鲁棒量子器件的关键特征。在较低的偏置场，其中浴的量子性质的影响是更明显的，我们发现，需要一个以上的经典噪声模型来正确地描述不同控制下的自旋相干性，由于量子比特的回作用到浴。
2018-12-19 quant-ph
Mesoscopic magnetic resonance spectroscopy with a remote spin sensor
基于金刚石中氮空位（NV）中心的量子传感已发展成为一种强有力的工具，用于微观磁共振。然而，所报道的传感器到样品的距离被限制在几十纳米内，因为自旋波动的信号随着距离的增加而立方地减小。在这里，我们通过检测自旋极化而不是自旋波动将传感距离扩展到数十微米。我们测量了并五苯掺杂晶体的介观极化电子磁共振谱，测量了它的两个典型衰减时间，观察到了光增强自旋极化。这项工作为基于NV的介观磁共振光谱和环境条件下的成像铺平了道路。
2018-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anomalous decoherence effect in a quantum bath
噪声环境中量子物体的退相干是量子科学与技术中的重要问题。一般认为，耦合到同一噪声源的不同过程应该具有相似的退相干行为，并且更强的噪声将导致更快的退相干。在这里，我们表明，在量子浴中，情况可能相反。特别地，我们预测金刚石中的氮空位中心自旋为1的多跃迁可以比单跃迁具有更长的相干时间，即使前者遭受比后者强两倍的来自核自旋浴的噪声。这种反常的退相干效应是由于通过中心自旋的翻转来操纵浴演化。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling design for identifying weakly coupled nuclear spins in a bath
识别单电子自旋周围的弱耦合核自旋是利用耦合电子-核自旋系统实现量子信息处理或利用金刚石缺陷自旋进行单自旋核磁共振探测等传感的关键步骤。利用周期性脉冲序列对中心电子自旋的动态解耦控制[例如，Carre-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列]已成功地用于识别单个核自旋和解析核自旋团簇的结构。在这里，我们设计了一种新型的脉冲序列，通过用一组非均匀间隔的$π$ -脉冲替换CPMG序列的重复单元（单个$π$-脉冲）。利用金刚石中的氮空位中心系统，我们表明，设计的脉冲序列提高了核自旋噪声谱的分辨率，并提取了更多的关于周围核自旋的信息。本文提出的动态解耦设计原理在许多系统中是有用的（例如，固体中的缺陷自旋量子位、俘获离子和超导量子位）用于高分辨率噪声光谱。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived mesoscopic entanglement between two damped infinite harmonic chains
我们考虑两个链，每个由$N$独立的振荡器，沉浸在一个共同的热浴和研究他们的相互量子关联的热力学，大$N$限制的动力学。我们表明，由于外部环境的存在下的耗散和噪声能够产生集体量子关联的两个链之间的介观水平。在两个多体系统之间产生的集体量子纠缠被证明是相当稳健的，即使在非零的浴温下也能渐近地存活很长时间。
2017-05-24 cond-mat.other math-ph math.MP
Engineering Spin Coherence in Core-Shell Diamond Nanocrystals
针对金刚石纳米晶体自旋传感器受表面噪声限制灵敏度的问题，研究通过构建核壳结构结合动力学解耦，大幅提升自旋相干时间与荧光强度，缩短积分时间，揭示退相机制并提供噪声抑制新策略。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence and dynamical decoupling control of nitrogen-vacancy center electron spins in nuclear spin baths
理论研究了高纯金刚石中氮空位中心电子自旋的退相干和动力学解耦控制，其中与$^{13}$ C核自旋的超精细相互作用是主要的退相干机制.退相干被表述为电子自旋与核自旋之间的纠缠，这是由电子自旋状态的核自旋浴演化引起的。核自旋浴演化是由单自旋进动和成对触发器等基本过程驱动的。退相干中不同基元过程的重要性取决于外磁场的强度。
2011-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anti-Zeno purification of spin baths by quantum probe measurements
到目前为止，量子芝诺和反芝诺范式已经通过在适当的时间间隔进行的非选择性测量解决了耦合到不变浴的量子系统的演化控制。我们从根本上修改这些范例，通过引入，理论和实验，通过选择性测量系统（量子位）控制浴状态的概念。我们表明，在对应于反芝诺制度的系统浴交换的时间间隔，一系列的测量具有强烈的相关性的结果。这些关联可以显著地提高浴状态纯度，并产生浴的低熵稳态。在测量完成后，净化浴状态持续很长时间。这种纯化使得能够利用旋转浴作为长寿命的量子存储器或量子增强传感器。该实验涉及在低温下通过核自旋浴在金刚石中反复探测缺陷中心的移相。
2022-11-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic study of optically-stable, coherent color centers in diamond generated by high-temperature annealing
固体中的单色心已经成为量子信息科学的一个有前途的物理平台。创建这些具有优异量子特性的中心是进一步技术发展的关键基础。特别是，对旋转浴环境的微观理解是设计量子控制色心的关键。在这项工作中，我们提出并展示了一种独特的高温退火（HTA）方法，用于在无重结晶金刚石中产生高质量的氮空位（NV）中心。同时使用所创建的NV中心作为其局部环境的探针，我们验证了HTA在显微镜下没有引起损伤。在超低氮浓度膜中产生的几乎所有单NV中心都具有稳定的和傅里叶变换限制的光谱。此外，HTA大大减少了自然生长在合奏样本的噪声源，并导致三倍以上的消相干时间和灵敏度的改善。我们还验证了空位激活和缺陷重组，特别是H3和P1中心，可以解释自旋浴和色心之间的重新配置。这种新颖的方法将成为基于空位的量子技术的强大工具。
2022-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-sensitive Diamond Magnetometry Using Optimal Dynamic Decoupling
近年来，基于金刚石中氮空位（NV）缺陷的新型磁测量技术作为探测纳米尺度磁环境的一种手段受到了广泛关注。单个NV磁力计的灵敏度主要由横向自旋弛豫时间$T_2$确定。目前提高灵敏度的方法采用以空间分辨率为代价的具有高NV密度的晶体，或者通过制造新的同位素纯金刚石晶体来扩展$T_2$。我们采用了一种互补的方法，其中最佳的动态解耦技术延长了自相关时间的自旋浴的相干时间。这表明单自旋，室温磁强计灵敏度低至5“，pT”，Hz $^{-1/2}$与当前技术。
2010-03-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们模型的退相干和退相的氮空位（NV）中心在金刚石由于一个嘈杂的顺磁浴，有和没有一个射频场的存在下，耦合水平的基态电子态歧管，使用一个简单的量子力学模型，允许解析解。该模型处理NV三能级基态系统中存在的波动磁场，从环境中产生的，并导致退相干，退相和耗散。我们表明，所有9个本征模的三能级系统相互耦合，由于与环境的相互作用，我们讨论的拟合实验中，退相干发挥作用的后果。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Suppression of electron spin decoherence of the diamond NV center by a transverse magnetic field
我们证明了如果电子自旋池是主要的退相干源，则金刚石中氮空位（NV）中心的自旋退相干可以被横向磁场抑制。NV自旋相干，在“消相干自由子空间”中创建的零场分裂的横向分量的保护，增加约两倍的自旋相干时间。当平行于NV对称轴施加强于~25高斯的磁场时，由于电子自旋浴的退相干也被抑制。我们的方法可以用来延长自旋相干时间的类似自旋系统的应用在量子计算，场传感，和其他计量。
2013-09-18 quant-ph
Concatenated dynamical decoupling in a solid-state spin bath
级联动态退耦合（CDD）脉冲序列作为一种减轻量子信息处理中退相干的策略具有很大的应用前景。重要的是要研究这些动态解耦策略在实际系统中的实际性能，这些系统是有前途的量子位候选者。在这个快速通信中，我们计算的哈恩回声序列的级联的回声衰减的固态电子自旋量子位在核自旋浴使用集群扩展技术。我们发现，每一级的串联逆转连续水平的浴内波动的影响。一方面，这使CDD成为一种通用的、现实的解耦策略。另一方面，这使以前用于研究通过CDD恢复介观自旋浴失去的相干性的简单对近似的结果变得过于乐观。
2007-12-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Irradiation-Induced Spin Bath Evolution and as-Grown Hydrogen Defects in CVD Diamond Revealed by NV-Based DEER Spectroscopy
Hasselt University（哈瑟尔特大学）；IMEC；Nuclear Physics Institute of the CAS（捷克科学院核物理研究所）
该研究利用NV中心的DEER光谱，揭示CVD金刚石中辐照诱导的自旋浴演化与原生氢缺陷，建立自旋浴对NV中心相干性影响的模型，为量子传感用金刚石材料优化提供关键支撑。
2026-08-19 physics.atom-ph quant-ph
Local probing of nuclear bath polarization with a single electronic spin
我们用实验证明了极化核自旋改变了邻近电子自旋的动力学行为。具体地，异相分量出现在电子自旋回波信号中。该分量与核自旋极化度成比例，并且强烈依赖于核极化方向。当电子自旋被极化的核自旋池包围时，自旋回波正交表现出仅与核自旋丰度及其集体极化相关的特征频率。我们利用这一分析，提出了一种新的测量方法的本地核自旋浴的一个单一的电子自旋。我们量化的现实的实验制度，该计划是有效的。我们的方案在量子传感方面具有潜在的应用价值，并为系统研究极化介观体系开辟了一条途径。
2015-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mesoscopic Spin Coherence in a Disordered Dark Electron Spin Ensemble
Seoul National University（首尔大学）；Ajou University（亚洲大学）；Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
该研究通过迭代协议在钻石中实现高极化介观自旋集体，揭示了相干驱动与局部无序的竞争机制，为量子传感和模拟提供了新资源。
2026-02-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum measurement of work in mesoscopic systems
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）；Tampere University（坦佩雷大学）
该研究探讨量子力学对介观系统功的测量的影响，指出作用体的反作用带来类经典限制，还存在无法通过超分辨率技术放宽的根本性量子不确定性限制。
2026-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectral alignment of single-photon emitters in diamond using strain gradient
固态单光子发射器由于其实验上的方便性和可扩展性，在实现集成量子系统方面具有很大的吸引力。然而，不幸的是，它们复杂的介观环境导致来自不同发射器的光子在光谱上是可区分的。在这里，我们展示了两个固态单光子发射器的光谱对齐，利用应变梯度。利用聚焦离子束注入技术在金刚石微悬臂梁中产生了多个锗空位色心。的电子能级的应变响应的GeV的测量通过在设备中诱导电控应变。利用大的应变梯度，我们调整两个GeV在现场发射相同的光波长。同时共振激发的两个光谱对齐GeVs的演示使用窄线宽激光。这种应变梯度调谐可用于实现用于片上集成量子系统的光谱相同的量子发射器。
2018-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron Spin Decoherence in Silicon Carbide Nuclear Spin Bath
本文研究了碳化硅（SiC）核旋浴中单个缺陷的电子自旋退相干。我们发现，虽然$^{29}\rm{Si}$（$p_{\rm{Si}}=4.7\%$）的天然丰度比$^{13}{\rm C}$（$p_{\rm{C}}=1.1\%$）大4倍左右，但强磁场下SiC核自旋浴中缺陷中心（$B>300~\rm{Gauss}$）的电子自旋相干时间比金刚石中$^{13}{\rm C}$核自旋浴中氮空位（NV）中心的电子自旋相干时间长。这一反直觉结果的原因是有限磁场中异质核自旋翻转过程的抑制。结果表明，SiC中缺陷中心的电子自旋是量子信息处理中固态自旋量子比特的理想候选者。
2014-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopy of Surface-Induced Noise Using Shallow Spins in Diamond
本文报道了金刚石中几个纳米深氮空位中心所经历的噪声谱随深度、表面涂层、磁场和温度的变化。分析揭示了一个双洛伦兹噪声谱与表面电子自旋浴一致，由于自旋-自旋相互作用和声子耦合相关的更快的动力学较慢的动态。这些结果揭示了新的机制负责的表面噪声影响浅自旋在半导体界面，并提出了进一步研究的可能方向。我们展示了从表面噪声的动态解耦，为从纳米级NMR到量子网络的应用铺平了道路。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of anomalous decoherence effect in a quantum bath at room temperature
量子物体的退相干是现代量子科学和技术的关键。一般认为，较强的噪声导致较快的退相干。引人注目的是，最近的理论研究发现了量子浴中自旋的相反情况。本文报道了高纯金刚石中氮空位中心电子自旋为1的反常退相干效应的实验观察。我们证明，在动力学解耦，双跃迁可以有更长的相干时间比单跃迁，即使前者耦合到核自旋浴的两倍，后者没有。实验结果与理论结果的一致性证实了弱耦合核自旋在槽中的可控性，这在量子信息处理和量子精密测量中是有用的。
2011-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous Generation and Stabilization of Mesoscopic Field Superposition States in a Quantum Circuit
虽然耗散被广泛认为对量子相干性有害，但当适当地设计时，它可以导致非平凡纯量子态的稳定。我们提出了一个利用耗散工程在腔中连续产生和稳定薛定谔猫态的方案。我们首先通过双光子驱动和耗散产生具有确定宇称的非经典光子态，然后稳定这些瞬态以抵抗单光子衰变。单光子稳定是自主的，并通过第二个工程浴，利用光子数依赖的频率分裂，由于克尔相互作用在电路QED的强色散制度。从浴加腔的哈密顿量出发，我们导出了一个只考虑腔光子态的有效模型，以及相关物理量的解析表达式，如稳定率。这种猫态的确定性生成是执行通用量子计算的关键因素之一。
2014-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Semiclassical spin-bath calculation of the nitrogen-isotope effect on NV$^-$ ensemble coherence in diamond
University of Tsukuba（筑波大学）；CNRS, University Grenoble Alpes, Grenoble INP, University of Tsukuba（法国国家科学研究中心，格勒诺布尔阿尔卑斯大学，格勒诺布尔理工学院，筑波大学）
通过半经典自旋浴模型，研究氮同位素对NV$^-$系综相干性的影响，发现$^{15}$N使$T_2$缩短而$T_2^*$不变，比值$T_2$($^{14}$N)/$T_2$($^{15}$N) = 1.118，解释了实验观测的部分差异。
2026-10-01 quant-ph
Coherence as a measure for non-Markovianity and its applications to color centers in diamond
连续熔池的非马尔可夫性程度可以通过相干性来量化。这个简单的测量方法可以通过拉姆齐光谱学在实验上实现，但它仅限于非相干动力学映射。我们提出了一个扩展的这种措施，并讨论其应用到钻石中的色心，其中两个轨道状态之间的光学相干性的影响与结构化的声子浴的相互作用。考虑到现实的声子谱密度函数，我们表明，这种措施是在任意温度下表现良好，它提供了额外的见解如何非Markoviantiy是受体积和准本地化的声子模式的存在。重要的是，只有一点开销的措施，可以适应消除虚假的迹象，非马尔可夫相干动力学地图，因此适用于一大类系统建模的自旋玻色子哈密顿量。
2019-04-28 quant-ph
NMR Technique for Determining the Depth of Shallow Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们证明了一个强大的实验方法来确定个人浅氮空位（NV）中心的深度与$\sim1$ nm的不确定性在金刚石。我们使用共聚焦显微镜来观察单个NV中心，并检测到在金刚石表面上的目标浸渍油产生的质子核磁共振（NMR）信号，该目标浸渍油具有很好的核自旋性质。我们确定NV中心的深度，通过分析NV NMR数据，使用一个模型，描述了一个单一的NV中心的相互作用与极化质子自旋浴。我们重复这个过程中的大量的个人，浅NV中心，并比较所得的NV深度的平均值预期从模拟的离子注入过程中用于创建NV中心，具有合理的协议。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Towards hyperpolarization of oil molecules via nitrogen-vacancy centers in diamond
当进行核磁共振（NMR）和成像时，有机分子的有效极化是非常相关的。商业上可获得的动态核极化（DNP）途径在极低的温度下工作，从而使分子脱离其周围的热条件，并依赖于有机样品的固化。在这项工作中，我们研究了在室温下从光泵金刚石中的氮空位中心到外部分子的偏振转移。这种极化转移描述了一个广泛的分析和数值模拟的基础上自旋浴玻色子化，并支持实验数据非常一致。这些结果设定了在不同情况下扩散分子超极化的路线，因此，由于信号增加，高分辨率NMR。
2017-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Guiding Diamond Spin Qubit Growth with Computational Methods
针对金刚石NV中心与自旋浴位置随机导致成品率和可控性不足的问题，本文将中心自旋退相干计算纳入合成工作流，实现生长参数表征、样品T2*推断及强耦合系统成品率分析。
2023-08-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Experimental Saturation of the Heat-Bath Algorithmic Cooling bound
热浴制冷（HBAC）技术提供了选择性地增强目标量子子系统的偏振的方法。然而，这些技术中的冷却是有限的。在这里，我们报告的HBAC冷却边界的第一个实验观察。我们使用HBAC来超分辨金刚石中的核自旋。使用两个碳核自旋作为极化源（复位）和14 N核自旋作为计算位，我们证明，重复一个单一的冷却步骤增加了超过初始复位极化的极化，并达到HBAC的冷却极限。我们基准的性能，我们的实验在一个范围内的可变复位极化。由于能够将重置自旋转换为不同的初始极化，我们设想所提出的模型可以作为量子热力学研究的测试平台。
2018-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of dipolar spin ensembles in diamond
我们提出了一个相结合的理论和实验研究的固态自旋退相干在电子自旋浴，特别是集中在合奏的氮空位（NV）的颜色中心在金刚石和相关的替代氮自旋浴。我们测量了25个金刚石样品的NV自旋自由感应衰减时间$T_2^*$和自旋回波相干时间$T_2$，氮浓度[N]从0.01到300 ppm。我们引入了一个微观模型，并进行数值模拟，以定量地解释退化的$T_2^*$和$T_2$超过四个数量级的[N]。我们的研究结果解决了长期以来在NV $T_2$实验中观察到的差异，使我们能够描述NV系综自旋相干衰减形状，因为它是从许多单个NV的贡献中一致出现的。
2019-04-18 physics.atom-ph quant-ph
Universal dynamical decoupling of a single solid-state spin from a spin bath
控制单个量子系统与其环境的相互作用是量子科学和技术中的一个基本挑战。通过双轴动力学解耦，我们戏剧性地抑制了金刚石中单个自旋与周围自旋池的耦合。通过量子过程层析成像验证了对任意量子态的相干性。由此产生的相干时间增强被发现遵循一般缩放与去耦脉冲的数量。对于高达136个脉冲的去耦作用没有观察到限制，与自旋回波相比，相干时间增强了25倍以上。这些结果揭示了实验量子科学的新制度，并允许克服实施量子信息协议的主要障碍。
2010-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
