Preparation and probing of the ground state coherence in Rubidium
我们演示了超精细基态之间相干性的制备和探测|5 S_{1/2}，F=1>和|5 S_{1/2}，F=2>铷87同位素。研究了不同的相干控制技术，即分数受激拉曼绝热通过和相干布居返回对相干性的影响。这些技术是使用近简并泵浦和斯托克斯激光器在795 nm（铷D1跃迁）通过激发态耦合两个超精细基态来实现的|5 P_{1/2}，F=1>通过共振双光子过程，其中建立了两个超精细基态的相干叠加。该介质由一个附加的弱激光探测，该激光产生与基态相干性成比例的四波混频信号，并使我们能够及时监测其演化。实验数据与数值模拟进行了比较。
2007-01-31 quant-ph
The hyperfine structure of highly charged $^{238}_{92}$U ions with rotationally excited nuclei
研究了$^{238}_{92}$离子的电子能级的超精细结构（hfs），其原子核处于低转动态，能量为$2^+$ keV.在类氢铀中，电子的$1s_{1/2}$ -基态的hfs分裂为1.8 eV。计算了类氦$^{238}_{92}$ U的$1s2p ^3P_0$态的超精细淬灭寿命，发现其比原子核处于基态的离子小两个数量级。讨论了通过测量Hfq寿命精确确定旋转$2^+$态的核$g_r$因子的可能性。
1999-06-29 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
Spin coherence lifetime extension in Tm$^{3+}$:YAG through dynamical decoupling
本文报道了Tm $^{3+}$：YAG的自旋相干寿命的延长，这是通过动态地将Tm的自旋从它们的磁环境中解耦得到的。用Carr-Purcell-Meiboom-Gill序列达到的相干寿命显示相对于先前测量值的450倍延长[ $\sim$ $(230 \pm 30)$ ms]。通过与简单的理论模型的比较，我们估算了1.7 K时基态跃迁频率的涨落与$(172 \pm 30)$ $μ$ s的相关时间。为了获得有效的去耦序列，我们开发了一种策略的启发\emph{zero-first-order Zeeman}效应，以尽量减少大的非均匀加宽的基态自旋跃迁。
2013-02-20 quant-ph
A Raman-Heterodyne Study of the Hyperfine Interaction of the Optically-Excited State $^5$D$_0$ of Eu$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$
在最近的工作中，在Y $_2$ SiO $_5$晶体中的位置1处取代钇的$^{151}$ Eu $^{3+}$的自旋相干时间已延长至6小时[ \textit{Nature} \textbf{517}，177（2015）]。为了使这种长寿命的自旋相干性用于光量子存储器应用，我们使用拉曼外差检测的核磁共振实验表征了光激发态$^5$ D $_0$的超精细相互作用。根据在200个不同取向的磁场中获得的实验谱，拟合了激发态和基态的有效自旋哈密顿量。为了证明拟合参数的正确性和在量子存储协议中的潜在应用，我们还描述了基态超精细相互作用，并预测了产生6小时长的相干时间的临界磁场。得到了临界磁场下$^7$ F $_0$基态和$^5$ D $_0$激发态的完整能级结构。这些结果为量子存储协议的设计和光抽运策略的优化提供了理论依据，为实现长寿命光子量子存储器提供了理论依据。
2018-01-28 quant-ph
Manipulation and Detection of a Trapped Yb+ Ion Hyperfine Qubit
我们展示了使用被捕获的镱离子作为量子比特的量子信息处理。我们实现了快速，有效的状态准备和状态检测的一阶磁场不敏感的超精细水平的171 Yb+，与测量的相干时间为2.5秒。这些操作的高效率和高保真度通过相关激光源的稳定和频率调制来实现。
2007-08-05 quant-ph
Blackbody radiation shift, multipole polarizabilities, oscillator strengths, lifetimes, hyperfine constants, and excitation energies in Ca+
本文采用高精度的相对论全阶微扰方法，对Ca ~+原子的性质进行了系统的研究，其中包括Dirac-Fock波函数的所有单激发、双激发和部分三激发。减少矩阵元素，振子强度，跃迁率，和寿命的水平确定为n = 7。推荐值和估计其不确定性提供了大量的电偶极跃迁。计算了Ca ~+中5s、6s、7s、8 s、4p、5 p、3d和4d态的电偶极标量极化率和4p、5 p、3d和4d态的张量极化率。开发了精确处理来自高激发态的贡献的方法，导致3 d_{5/2}静态极化率值31.8（3）a.u.与先前的计算[Arora等人，A 76，064501（2007）]。计算了室温下Ca ~+的4s - 3 d_{5/2}时钟跃迁的黑体辐射（BBR）位移为0.381（4）Hz。计算了电四极子4s-nd和电八极子4s-nf矩阵元，得到了基态多极子E2和E3静态极化率。的超精细常数A的确定为低的水平，直到n = 7。研究了~（43）Ca ~+基态超精细结构能级的二次Stark效应。这些计算提供了建议值严格评估其准确性的一些Ca+原子的性质，用于规划和分析的各种实验以及理论建模。
2010-11-27 physics.atom-ph quant-ph
Long-lifetime coherence in a quantum emitter induced by a metasurface
在原子$V$跃迁的自发发射过程中，各向异性量子真空（AQV）会引起量子干涉[G. S. Agarwal，Phys. Rev. Lett. 84，5500（2000）]。然而，有限的寿命的激发态预计将强烈限制这种现象的可观察性。在本文中，我们预测，AQV可以诱导一个长寿命的相干原子$Λ$ -跃迁的过程中的自发发射，这有一个额外的优点，消除了需要相干激光激发。我们还进行了两个元表面的设计，并比较各自的效率，在远程创建一个AQV。对超表面引起的这种相干性的检测，除了是量子电动力学的另一个证明之外，还可以为量子发射器之间的相干耦合的远程控制铺平道路，这是在量子技术应用中产生纠缠的关键要求。
2020-02-03 quant-ph
Coherent control of two nuclear spins using the anisotropic hyperfine interaction
我们证明了由超精细耦合电子自旋的磁共振介导的两个核自旋的相干控制。这种控制是用来创建一个双核相干的两个电子自旋流形之一，从一个初始的热态开始，在直接类比的纠缠态（贝尔）从最初的纯非纠缠态的创建。我们确定的挑战和潜在的解决方案，以获得实验门的量子信息处理在这种类型的系统中有用。
2011-09-02 quant-ph
Impact of measurement backaction on nuclear spin qubits in silicon
本文基于主方程方法研究了电子介导的测量反作用对硅中磷施主核自旋量子比特寿命的影响，发现多施主量子比特特有的核自旋翻转机制可通过超精细斯塔克位移有效抑制，从而实现比单施主更长的核自旋寿命。
2023-10-19 quant-ph
High-fidelity ion-trap quantum computing with hyperfine clock states
我们提出了一个几何相位门的磁场不敏感量子比特与$\hatσ^z$依赖的力的捕获离子量子计算的实现。该力由拉曼配置中的两个激光束施加。量子位-状态依赖性通过从虚拟激发态的小频率失谐来实现。具有长辐射寿命的激发态的离子种类用于将自发光子发射的机会减少到小于10个$^{-8}$/门运行。这消除了先前实现的栅极失真的主要来源。利用该方案，似乎可以达到容错阈值。
2007-10-24 quant-ph
Lifetime and Coherence of Two-Level Defects in a Josephson Junction
我们测量了约瑟夫森相位量子比特绝缘势垒中二能级缺陷态的寿命（$T_{1}$）和相干性（$T_{2}$），并比较了两个系统之间的相互作用强度。我们发现平均衰减时间的幂律依赖于相应的相互作用强度，而平均相干时间，我们发现在中间耦合强度的最佳。我们解释了使用标准TLS模型，包括偶极辐射的声子和反相关的依赖于环境波动的能量参数的寿命和相干性的结果。
2010-07-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Coherence lifetimes of excitations in an atomic condensate due to the thin spectrum
利用玩具模型和薄谱模型方法研究了有限尺寸原子凝聚体的量子相干性。本文研究了在零温度和有限温度下，一个凝聚体在基态中的退相干时间。我们还考虑了Bogoliubov准粒子激发的寿命，并将其与由基态相干时间确定的可观测性窗口进行对比。的寿命显示出一般的特征依赖于温度，确定的薄谱伴随的自发对称性破缺基态。
2007-09-27 cond-mat.soft quant-ph
Phase-accumulating hyperfine strain sensing with rare-earth-ion phase memories
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
该研究提出一种利用稀土离子晶体长寿命超精细相干性进行应变传感的方案，通过相位控制射频脉冲和动态去耦实现相位累积，从而测量非克莱默稀土掺杂材料中难以直接获取的基态超精细跃迁应变位移。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci 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
Analysis of dephasing mechanisms in a standing wave dipole trap
详细研究了铯原子在远离共振的驻波光偶极阱中超精细相干态退相的机制[S。Kuhr等人，物理修订信函91，213002（2003）]。利用Ramsey光谱和自旋回波技术，我们测量了基态相干态的可逆和不可逆退相时间。我们提出了一个分析模型来解释实验数据，并确定均匀和非均匀的退相机制。我们的计划，以准备和检测的原子超精细态适用于一个单一的原子以及高达50个原子的合奏水平。
2005-05-02 quant-ph
Coherent spin dynamics of hyperfine-coupled vanadium impurities in silicon carbide
量子技术的进步在很大程度上是通过金刚石中的氮空位中心实现的。然而，它的部分性质是不理想的，这推动了对其他自旋活性晶体缺陷的研究。其中一些具有更强的自旋轨道和超精细耦合的能量标度，但这如何影响它们的自旋相干性却很少探索。碳化硅中的钒就是这样一种系统，其在电信波长的光发射和与半导体工业的兼容性具有技术兴趣。在这里，我们展示了相干自旋动力学的钒缺陷周围的时钟过渡，研究而孤立，或耦合到邻近的核自旋的合奏。我们发现自旋退相时间高达7.2 $μ$ s，并通过自旋回波研究相干寿命远远超过几十微秒。我们展示了操作点，其中强耦合到相邻的核自旋不妥协的中心钒自旋的相干性，这确定了如何将这些可以作为一个相干的自旋寄存器。我们的研究结果是相关的理解具有类似的能量尺度和晶体对称性，目前在金刚石，碳化硅和六方氮化硼探索的缺陷的广泛类别。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence time of over a second in a telecom-compatible quantum memory storage material
光的量子存储器将是未来远程量子通信网络的基本组成部分。这些存储器通过将光的量子态可逆地映射到材料系统的量子跃迁上来操作。对于网络，这些跃迁的量子相干性时间必须比网络传输时间长，对于全球通信网络大约为100 ms。由于缺乏合适的存储材料，在1550 nm光纤通信频带中操作且存储时间大于1 μ s的量子存储器尚未被证明。在这里，我们描述了$^{167}$ Er $^{3+}:$ Y $_{2}$ SiO $_{5}$在高磁场中的自旋动力学，并证明这种材料具有在1550 nm通信波段的实用量子存储器的特性。我们观察到1.3秒的超精细相干时间。此外，我们证明了整个合奏到一个单一的超精细状态，第一次这样的演示在稀土系统和宽带自旋波存储的要求有效的光泵浦。该材料在1538 nm处的吸收率为70 dB/cm，并且$Λ$ -跃迁能够实现自旋波存储，是在电信波长处被确定为高效宽带量子存储器的第一候选材料。
2018-04-26 quant-ph
Coherence of Microwave and Optical Qubit Levels in Neutral Thulium
本文证明中性铥原子兼具超精细编码与类碱土丰富能级优势，实现创纪录的基态量子比特相干时间及亚稳态光学态操作，为铥基量子计算奠定基础。
2025-08-18 physics.atom-ph quant-ph
Dispersive optical systems for scalable Raman driving of hyperfine qubits
超精细原子态是量子信息处理中最有希望的量子比特编码的候选者之一。在原子系统中，超精细跃迁通常通过双光子拉曼过程由在超精细量子比特频率下进行振幅调制的激光场驱动。在这里，我们介绍了一种新的方法，用于产生振幅调制的相位调制激光和反射它从一个高度色散的光学元件称为啁啾布拉格光栅（CBG）。这种方法是被动稳定的，提供高效率，并与高功率激光源兼容，实现大拉比频率和改善的量子相干性。我们基准这种新的方法，通过全球范围内驱动一个阵列的$\sim 300$中性$^{87}$ Rb原子量子比特被困在光镊，并获得拉比频率为2 MHz的光子散射误差率为$< 2 \times 10^{-4}$每$π$脉冲。这种鲁棒的方法可以直接与中性原子和捕获离子系统中的局部寻址光学集成，以促进用于量子信息处理的高保真单量子比特操作。
2021-10-27 quant-ph
On-Demand Coherent Mapping of Telecom Optical States onto Erbium Hyperfine Spins
Northwestern University（西北大学）；Department of Electrical and Computer Engineering, Northwestern University（西北大学电气与计算机工程系）；Applied Physics Program, Northwestern University（西北大学应用物理项目）
在0.8K和1.1T下，利用经典光控制脉冲将集体光激发相干转移到铒超精细态，转移效率超12%，实现按需检索，并测量超精细布居寿命25秒和自旋波存储25微秒，为可扩展光纤兼容量子中继器架构奠定基础。
2026-06-16 quant-ph
Detection of long-range coherence in driven hot atomic vapors by spin noise spectroscopy
本研究通过自旋噪声光谱探测双光场驱动的热铷原子，发现非厄米Floquet晶格模型可描述塞曼态间相干性，并观察到长程相干随间距指数衰减。
2025-10-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Coherence properties of photons emitted by single defect centers in diamond
远距离量子辐射源间的光子干涉是产生大规模量子网络的一种很有前途的方法。当光子表现出较长的相干时间时，最好实现干涉。对于金刚石中的氮空位缺陷中心，我们利用光致拉比振荡测量了光子的相干时间。实验揭示了接近傅里叶变换（即寿命）有限的宽度，即使在几分钟内平均发射的光子。双光子干涉的投影对比度（0.8）足够高，可以设想在量子信息处理中的应用。我们报告12和7.8 ns的激发态寿命取决于自旋状态的缺陷。
2007-10-07 quant-ph
Optical Excitation of Nuclear Spin Coherence in Tm3+:YAG
实验表明，掺铥晶体是固态介质中宽带量子存储的一个很好的候选者。这是第一次在这种晶体中光学激发、检测和表征核自旋相干性。自旋相干性--潜在的存储实体--的寿命通过拉曼回波测量为在宽范围的基态分裂上约为300 $μ$ s。与Pr和Eu掺杂的晶体相比，这种灵活性，对于宽带操作有吸引力，并且很好地适合于现有的量子源，源于简单的超精细结构。
2007-10-17 quant-ph
Hyperfine Structure and Coherent Dynamics of Rare Earth Spins Explored with Electron-Nuclear Double Resonance at Sub-Kelvin Temperatures
搭建了一个适用于块体材料的超低温脉冲ENDOR（电子-核双共振）光谱实验平台。研究了143 Nd ~（3+）：Y_2SiO_5晶体在100 ~ 6 K温度范围内电子自旋和核自旋耦合的相干特性。在最低工作温度下，电子和核自旋的双脉冲回波相干时间分别超过2 ms和40 ms，电子塞曼和超精细布居寿命分别超过15 s和10 min。用ENDOR技术测量了16个能级的完整超精细能级结构，而不需要重建的自旋哈密顿量。这些结果证明了深度冷却的顺磁性RE掺杂固体对于旨在用于量子通信和量子计算的存储器组件的适用性。该实验平台有望成为顺磁材料研究的有力工具。
2020-02-29 quant-ph
Fast, Lifetime-Preserving Readout for High-Coherence Quantum Annealers
我们首次证明了量子通量参量管（QFP）能够在电容分流通量量子比特（CSFQ）的读出电路中同时充当隔离器和放大器。通过将QFP视为可调谐耦合器并将其偏置，使得耦合关闭，我们表明CSFQ的$T_1$不受其低Q读出谐振器（$Q_e = 760$）的Purcell损耗的影响，尽管仅失谐$40$ MHz。当退火时，QFP放大量子位的持续电流信号，使得其在读出谐振器中生成$85$ MHz的通量量子位状态依赖性频移，其超过其线宽的$9$倍。该器件在持续电流的基础上读出的磁通量子位的结晶度超过$98.6\%$，只有$80$ ns的集成，并达到$99.6\%$的结晶度时，为$1$ $μ$ s集成。这种速度和隔离的结合对于高相干量子退火机的读出至关重要。
2020-11-19 quant-ph
An alternative realization of spontaneous emission cancelation via Field Generated Coherence (FGC)
与传统的自发产生相干（SGC）方法不同，提出了一种基于场产生相干（FGC）的自发发射消除原子方案。在这种四场驱动的五能级原子系统中，易于实现外部可控的实验囚禁条件。因此，由于FGC的钠D2线的上三个紧密间隔的超精细衰变状态的集合的中心修饰的\emph{bare-energy-state}的衰变在捕获条件下被完全抵消，表现出\textit{dark bare-energy-state} %的新现象。扩展到简单概率损失的原子系统，基于钠D1线，明亮的原子也可以在其捕获条件下变暗，代表另一种实验上可行的，新颖的和有趣的现象。
2013-03-21 quant-ph
Coherence assisted resonance with sub-lifetime-limited linewidth
我们展示了一种新的方法来获得共振线宽低于相干寿命的限制。耦合目标共振的两束激光的感应强度调制之间的互相关表现出窄谱。在两个基态为目标共振能级的原理验证实验中实现了寿命限制宽度的1/30。理论上，激光器的线宽只受激光散粒噪声的限制。实验结果与直观的分析模型和数值计算定性一致。该技术可以容易地实现，并且应该适用于许多原子、分子和固态自旋系统，用于光谱学、计量学和基于共振的感测和成像。
2012-08-31 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Strong Hyperfine-Induced Modulation of an Optically-Driven Hole Spin in an InAs Quantum Dot
与电子相比，InAs量子点中的空穴具有明显较弱的超精细相互作用，这导致较少的核自旋退相。因此，许多最近的研究表明，核自旋是不重要的空穴自旋动力学相比，电场波动。我们表明，空穴超精细相互作用可以通过核反馈效应对空穴自旋相干测量产生强烈的影响。核极化是通过一个独特的过程产生的，该过程依赖于空穴超精细相互作用的各向异性和核自旋的相干旋进，从而在核旋进频率处产生强调制。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopic characterization of singlet-triplet doorway states of aluminum monofluoride
本研究针对单氟化铝（AlF）的A$^1Π, v=6$与b$^3Σ^+, v=5$微扰体系开展超精细分辨光谱研究，确定了耦合态结构参数、相对能量及自旋-轨道作用参数，并测得不同混合程度能级的辐射寿命，为超低温实验中的单重态-三重态通路提供关键数据。
2022-02-16 quant-ph
Ideal refocusing of an optically active spin qubit under strong hyperfine interactions
本文利用晶格匹配的GaAs-AlGaAs量子点器件消除应变不均匀性，结合高保真光学pi-pulse门实现动力学解耦，将电子自旋相干时间延长近两个数量级至0.113(3) ms，实现了强超精细相互作用的理想重聚焦，为高相干自旋-光子接口奠定基础。
2022-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Resolved Excited State Hyperfine Structure of a Silicon Colour Centre in the Telecom Bands
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Photonic Inc.（光子有限公司）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）
本研究在同位素纯化$^{28}$Si中表征单电离间隙铝施主，首次观测到电信波段硅色心激发态的光学分辨超精细结构，为量子网络等领域提供了新平台。
2026-08-03 quant-ph
Direct measurement of the lifetime and coherence time of Cu2O Rydberg excitons
该研究通过双光子吸收共振结合条纹相机探测、改进型Michelson干涉仪测量，直接获取Cu₂O里德伯激子的寿命与相干时间，验证了里德伯标度律，证实该系统适用于固态相干工程。
2024-10-09 cond-mat.other quant-ph
Hyperfine-enhanced gyroscope based on solid-state spins
提出一种基于双自旋系统的固态陀螺仪协议，通过测量两自旋布居态的相对旋转角度提取转速，利用超精细耦合增强灵敏度，有效抵抗自旋退相干及噪声误差。
2024-01-03 quant-ph
Quantum coherence of a long-lifetime exciton-polariton condensate
本文通过最小化长寿命激子-极化激元凝聚体与激子库的相互作用，并结合实验相空间数据与位移热态模型，证明空间分离可在阈值以上增强最大量子相干性，为混合量子器件应用提供基础。
2024-06-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization of the hyperfine interaction of the excited $^5$D$_0$ state of Eu$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$
我们描述了铕（Eu $^{3+}$）超精细相互作用的激发态（$^5$ D $_0$），并确定了它的有效自旋哈密顿参数的塞曼和四极张量.采用光学自由感应衰减方法测量了在弱外磁场（10 mT）下各种磁场方向的超精细分裂。在确定的哈密顿量的基础上，讨论了预测$^7$ F $_{0} \longleftrightarrow ^5$ D $_{0}$跃迁超精细能级间光学跃迁几率的可能性.这些结果为利用$^{151}$ Eu $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$材料在外磁场下的长自旋相干特性实现光量子存储方案提供了必要的信息
2018-03-16 physics.atom-ph quant-ph
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
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
Hyperfine interactions in silicon quantum dots
本文对Si中传导电子的超精细参数进行了全电子计算，结果表明：（i）所有参数都与$^{29}$ Si位的自旋密度成线性关系，（ii）各向同性项比各向异性项大30倍以上，（iii）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致，（iv）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致。（iv）天然Si量子点（QD）中的Overhauser场比GaAs QD中的小两个数量级。这增强了Si在保持自旋相干性方面的出色性能，并为自旋电子学应用提供了可靠的定量信息。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Second-Scale $^9\text{Be}^+$ Spin Coherence in a Compact Penning Trap
我们报告微波光谱的共同捕获$^9\text{Be}^+$和$^{40}\text{Ca}^+$在一个紧凑的永磁潘宁离子阱。该陷阱是由一个可重构阵列的钕铁硼环提供一个0.654 T的磁场，是附近的0.6774 T磁场不敏感的超精细跃迁$^9\text{Be}^+$。在这个超精细跃迁上进行Ramsey光谱，我们证明了核自旋相干性，对比度衰减时间>1 s。$^9\text{Be}^+$通过$^{40}\text{Ca}^+$的库仑晶体进行共振冷却，从而使$^9\text{Be}^+$照明最小化，从而减轻无功损耗。介绍了一种独特的$^{40}\text{Ca}^+$高磁场光学探测方案，在不使用729 nm倾斜激光的情况下实现了自旋态的读出。我们记录了一个分数陷阱磁场不稳定性低于20 ppb（<13 nT），在43秒的平均时间没有磁屏蔽，只有被动热隔离。我们讨论了这种紧凑的，可重构的潘宁陷阱的潜在应用。
2021-10-06 physics.atom-ph quant-ph
Experimental quantum information processing with 43Ca+ ions
对于具有捕获离子的量子信息处理（QIP），同位素43 Ca+提供了具有长相干时间的量子存储器、高保真度读出以及利用窄带激光器在四极跃迁上执行两个量子比特门的可能性的组合优点。与其他用于量子计算的离子相比，43 Ca+具有相对复杂的能级结构。在本文中，我们讨论了如何满足QIP的基本要求，并展示了基态冷却，鲁棒的状态初始化和高效的读出的超精细量子位与一个单一的43 Ca+离子。用微波场和拉曼光场驱动量子比特跃迁，比较了两种场的相干时间。由于在拉曼场产生的干涉不稳定性的相位误差不限制实验的时间尺度为100毫秒。我们发现一个量子信息存储时间为许多秒的超精细量子位。
2008-04-08 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
Hyperfine-assisted fast electric control of dopant nuclear spins in semiconductors
半导体中掺杂原子的核自旋由于其量子态的长寿命而成为量子比特的有希望的候选者。传统上，核自旋的相干控制是使用交流磁场完成的。以硅中的磷原子为例，我们从理论上证明了超精细相互作用可以提高磁控制的速度：施主上的电子放大了核自旋感受到的交流磁场。基于这一结果，我们表明，超精细相互作用也提供了一种手段，以控制核自旋有效地使用一个交流电场，在存在的内在或人工的自旋轨道相互作用。这种电控制方案在非均匀磁场存在下保持两个电子的混合点施主系统中特别有效和抗噪声。本文提出的机制可以作为构建基于核自旋的电子量子信息体系结构的基础。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of prolonged coherence time of the collective spin wave of atomic ensemble in a paraffin coated Rb vapor cell
我们报道了在石蜡包被的池中热~（87）Rb原子系综的集体自旋波的相干时间的延长。自旋波是通过受激拉曼过程制备的。长的相干时间是通过延长使用石蜡涂层的自旋的寿命和最小化的最佳实验配置的退相来实现的。在写入过程中观察到的长时间延迟的受激Stokes信号表明，所制备的自旋的寿命延长;在读取过程中的反Stokes信号的衰减的直接测量表明，在最小化退相后的相干时间高达300 us。这比基于Duan-Lukin-Cirac-Zoller（DLCZ）及其改进方案的热原子系综的类似实验中报道的相干时间长100倍。这种延长的相干时间设定了基于此类协议的量子中继器的存储时间上限，这对于实现长距离量子通信至关重要。先前报道的在写入过程中由于在具有缓冲气体的样品池中的碰撞而导致的荧光背景在没有缓冲气体的池中也减少。
2009-01-23 quant-ph
Tm$^{3+}$:Y$_3$Ga$_5$O$_{12}$ materials for spectrally multiplexed quantum memories
我们研究了795 nm的$^3$ H $_6$ $\leftrightarrow$ $^3$ H $_4$过渡在1%的Tm $^{3+}$：Y $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$在温度低至1.2 K的光量子存储器的持续光谱剪裁的基础上窄吸收功能的相关光谱特性。我们的测量结果表明，这种过渡具有均匀的相干性超过56 GHz的带宽，和一个简单的超精细结构分裂的$\pm$ 44 MHz/T的寿命长达数小时。此外，我们发现一个$^3$ F $_4$人口寿命为64毫秒-观察到的最长的寿命在固体中的电子水平之一-和一个非常长的相干寿命为490 $μ$ s -有史以来最长的观察到的Tm $^{3+}$离子在晶体中的光学跃迁。我们的研究结果表明，这种材料允许实现宽带量子存储器，使光谱复用量子中继器。
2014-10-22 quant-ph
Optical spin control and coherence properties of acceptor bound holes in strained GaAs
半导体中的空穴自旋是电子自旋的潜在量子比特替代品。在像GaAs这样的核自旋丰富的基质晶体中，空穴自旋与原子核的超精细相互作用比电子弱得多，导致可能更长的相干时间。在这里，我们演示了光泵浦和相干人口捕获的应变GaAs外延层中的受体束缚空穴。我们发现$μ$ s尺度的纵向自旋弛豫时间T $_1$和非均匀退相时间T $_2^*$为$\sim$ 7~ns。我们将自旋弛豫机制归结为面内磁场中通过形变势的空穴-声子相互作用和重空穴-轻空穴混合的综合效应。我们将短T $_2^*$归因于应变不均匀性引起的g因子展宽。根据这些机理对T $_1$和T $_2^*$进行了定量计算，并与实验结果进行了比较。虽然超精细介导的退相干被减轻，我们的研究结果突出了重要的贡献，应变弛豫和退相的受体结合的空穴自旋。
2020-12-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-based architecture to preserve quantum coherence and entanglement
量子技术依赖于资源的利用，如量子相干性和纠缠，这使得量子信息和计算处理成为可能。然而，这一成就受到任何量子系统周围环境的不利影响的危害，因此找到保护量子资源的策略至关重要。非马尔可夫和结构化环境是实现这一目标的有用工具。在这里，我们展示了如何一个简单的环境架构由两个耦合损耗腔，使马尔可夫和非马尔可夫制度之间的切换嵌入在一个腔的量子位的动态。此外，如果没有量子比特的腔是完美的，那么量子比特的相干性可以无限期地保持。然后，我们专注于纠缠控制的两个独立的量子比特本地受到这样的工程环境，并讨论其可行性的框架下的电路量子电动力学。最新的实验参数，我们表明，我们的架构允许纠缠寿命的数量级长于自发寿命没有本地腔耦合。这种基于腔的架构可以直接扩展到许多量子位，以实现可扩展性。
2015-08-07 quant-ph
Silicon T centre hyperfine structure and memory protection schemes
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Photonic Inc.（Photonic公司）；Thayer School of Engineering, Dartmouth College（达特茅斯学院塔克工程学院）；Leibniz-Institut für Kris（莱布尼茨危机研究所）
本研究确定了硅T中心的氢超精细耦合张量，并提出保护其内存量子比特免受退相干的方案，为实现实用T中心量子网络提供关键支持。
2025-12-18 quant-ph
Sub-second spin and lifetime-limited optical coherences in $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$
本研究在 $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$ 中实现了亚秒级寿命限制的光学相干性，展示了其在量子技术中的应用潜力。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Coherence-Based Identification of Carbon-Based Spin Qubits in Hexagonal Boron Nitride from First Principles
SKKU Advanced Institute of Nanotechnology, Sungkyunkwan University（成均馆大学 SKKU 纳米技术高级研究所）；Department of Quantum Information Engineering, Sungkyunkwan University（成均馆大学量子信息工程系）
本研究通过电子自旋退相干的从头算计算，利用7种碳缺陷的自旋相干指纹，建立了与光学光谱互补的六方氮化硼碳基自旋量子比特结构识别方法。
2026-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Influence of Hyperfine Interaction on the Entanglement of Photons Generated by Biexciton Recombination
从理论上研究了双激子在量子点中级联复合产生的光的量子态，包括激子精细结构分裂（FSS）和电子-核自旋超精细相互作用.在理想情况下，发射的光子在偏振中纠缠，使得双激子复合过程成为量子通信和计算的不断发展的领域所必需的纠缠光子的候选源。量子点中激子态的相干性受到有限FSS和超精细相互作用的影响，超精细相互作用通过称为Overhauser场的有效磁场实现。我们调查的两个源的退相干的影响，并发现，虽然结合随机激子寿命的FSS是负责的纠缠的主要损失，这两个影响不能被最小化独立于彼此。此外，我们研究了通过部分极化核自旋和施加外部磁场来减少来自Overhauser场的退相干的可能性。我们发现纠缠的增加依赖于核自旋极化的程度以及方向。
2015-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effects of mechanical processing and annealing on optical coherence properties of Er$^{3+}$:LiNbO$_3$ powders
研究了不同机械处理和热处理条件下掺铒铌酸锂（Er $^{3+}$：LiNbO $_3$）晶体粉末的光学相干寿命和退相干过程。几个互补的方法被用来评估这些高度散射介质的相干寿命。直接强度或外差检测的双脉冲光子回波技术被用于样品具有较长的相干寿命和较大的信号强度，而时间延迟的光学自由感应衰减被发现工作以及较短的相干寿命和较弱的信号强度。光谱烧孔技术也被用来表征样品非常快速的退相过程。粉末的结果进行比较，散装晶体的性能，与观察到的差异解释的随机取向的颗粒在粉末中结合新的消相干机制引入的粉末制造。模型的相干衰减表明，顺磁性材料，如Er $^{3+}$：铌酸锂$_3$，具有高度各向异性的相互作用与所施加的磁场仍然可以表现出较长的相干寿命和相对简单的衰减形状，即使是随机取向的颗粒的粉末。我们发现，从机械处理时，从散装样品研磨粉末的相干性迅速下降，导致外观的非晶状的行为和加宽的均匀线宽高达三个数量级，即使当采用低能量研磨方法。在高温下退火可以改善某些样品的性能，均匀线宽减小到小于10 kHz，接近相同实验条件下3 kHz的体晶体线宽。
2017-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Exciton coherence lifetimes from electronic structure
我们从第一性原理模拟了共价连接的芳香族同二聚体内电子激发的相干能量转移，以回答通过详细的电子结构计算计算的浴的通常模型是否可以再现关键动力学。对于这些系统的相干传输的时间尺度是实验已知的时间依赖性偏振各向异性测量，所以我们可以直接评估目前的技术是否可以预测这种现象。两种选择的电子基态进行了研究，并讨论了它们的相对优点关于微扰模型的预测。电子自由度的耦合到核自由度的计算，而不是假设，和荧光各向异性衰减直接再现。令人惊讶的是，我们发现，虽然TDDFT的绝对能量通常是在错误的数量级以上的耦合能量，这些二聚体的相干输运性质可以半定量地再现从第一原理。必须追求的方向，以产生预测性和可靠的预测相干输运的建议。
2011-12-13 physics.chem-ph quant-ph
Coherence-preserving cooling of nuclear spin qubits in a weak magnetic field
提出弱磁场下⁸⁷Sr核自旋量子比特的保相干边带冷却理论，利用依赖m_J的AC Stark频移抑制超精细导致的核自旋混合，并支持由两个最低Zeeman子态定义量子比特。
2023-12-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
