Modulated Continuous Wave Control for Energy-efficient Electron-nuclear Spin Coupling
我们开发了能量有效的连续微波方案来耦合电子和核自旋，使用相位或幅度调制来桥接它们的频率差。这些控制在生物系统中具有很好的应用前景，在生物系统中，微波功率应该受到限制，以及在由于大磁场和核磁矩而具有高拉莫尔频率的情况下。这些包括纳米级NMR，其中高磁场实现增强的热核极化和更大的化学位移。我们的控制也适用于量子信息处理器和核极化方案。
2019-01-11 quant-ph
Robust control of individual nuclear spins in diamond
孤立的核自旋为量子信息处理系统提供了一个有前途的构建模块，但它们的弱相互作用往往阻碍制备、控制和检测。超精细耦合到近端电子自旋可以增强这些过程中的每一个。使用氮空位中心的电子自旋作为中介，我们展示了金刚石中13C，15N和14N核自旋的鲁棒初始化，单量子位操作和直接光学读出。这些结果为金刚石中基于氮核自旋的量子信息结构的研究奠定了基础。
2009-09-22 quant-ph
Enhancing Electron-Nuclear Resonances by Dynamical Control Switching
本文提出一种通过动态切换电子自旋拉比频率实现不同能量尺度自旋间共振耦合的通用方法，应用于NV中心可增强量子传感信号和动态核极化，并适用于高场纳米级核磁共振与低功耗核自旋控制。
2023-11-17 quant-ph
Switched Control of Electron Nuclear Spin Systems
在这篇文章中，我们研究了在磁场强度下电子-核自旋动力学的控制，其中原子核的拉莫尔频率与超精细耦合强度相当。核自旋的量子化轴不同于静态B_0场的方向，并取决于电子自旋的状态。量子化轴可以通过翻转电子自旋的状态来切换，从而允许对核自旋状态进行通用控制。我们表明，通过执行一系列的翻转（每个翻转之后都有一个合适的延迟），我们可以对核自旋执行任何所需的旋转，这也可以取决于电子自旋的状态。这些操作与电子自旋旋转相结合，可以用来合成耦合电子-核自旋系统上的任何幺正变换。我们将讨论如何使用这些方法设计的实验转移极化从电子到核自旋。
2007-07-11 quant-ph
Time-Delayed Magnetic Control and Narrowing of X-Ray frequency Spectra in Two-Target Nuclear Forward Scattering
对磁扰动双靶核前向散射中X射线谱的控制和窄化进行了理论研究。我们发现，不同的硬X射线谱重分布可以通过单一或多个开关的磁场的核目标。我们的方案可以产生强度增强10倍、谱宽小于4倍核自然线宽的X射线谱线。目前的研究结果铺平了道路走向一个更明亮和灵活的X射线源的精确光谱的核共振使用现代同步辐射。
2020-11-15 quant-ph
Indirect Control of the $\rm {}^{29}SiV^{-}$ Nuclear Spin in Diamond
金刚石中$^{29}$ SiV $^{-}$中心的电子自旋的相干控制和光学读出已经在文献中被证明，具有作为存储节点和自旋量子比特的令人兴奋的实现前景。由于核自旋的相干时间较长，它甚至可能更适合于量子信息处理中的许多应用。使用常规NMR技术控制$^{29}$ SiV $^{-}$核自旋是可行的，尽管由于核自旋的低旋磁比而处于低千赫兹速率。在这项工作中，我们从理论上证明了如何间接控制使用电子自旋轨道效应可以用于高速，兆赫控制的$^{29}$硅核自旋。我们讨论了原子核自旋进动频率对门时间的影响以及全光核自旋控制的激发可能性。
2022-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast control of nuclear spins using only microwave pulses: towards switchable solid-state quantum gates
我们证明了控制的α-质子核自旋，I=1/2，耦合到稳定的自由基CH（COOH）2，S=1/2，在γ-辐照丙二酸单晶，仅使用微波脉冲。我们证明了，依赖于电子自旋mS=+/-1/2的状态，核自旋可以被锁定在一个期望的状态，或者在纳秒时间尺度上在mI=+1/2和mI=-1/2之间振荡.这种方法提供了一种快速有效的控制核自旋量子比特的方法，并且还使得能够通过仅寻址电子自旋来设计可切换的基于自旋的量子门。
2009-10-13 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
Quantum information processing with nuclear spins mediated by a weak-mechanically controlled electron spin
我们提出了一个方案，以实现核-核间接相互作用介导的机械驱动的氮空位（NV）中心的钻石。在这里，我们展示了两个量子比特纠缠门和两个碳核之间的量子态转移。当偶极-偶极相互作用强度远大于驱动场强度时，该方案对NV中心（核自旋）与环境耦合引起的退相干具有鲁棒性。方便地，不需要偶极耦合的精确控制，因此该方案对核自旋和NV中心的波动位置不敏感。我们的计划提供了一个通用的蓝图，多核自旋门和多方通信。
2022-11-17 quant-ph
Logical operations with single x-ray photons via dynamically-controlled nuclear resonances
从理论上研究了利用共振光核相互作用实现偏振编码x射线的逻辑运算。我们表明，通过共振散射核和快速旋转的核超精细磁场来控制输出光子的偏振，单量子比特逻辑门可以模拟。可以采用第二控制量子位来触发磁场旋转，从而允许用于X射线光子的受控非门的若干实现选择。
2015-06-01 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
Quantum control of nuclear spin qubits in a rapidly rotating diamond
某些固体中的核自旋与其环境耦合较弱，使它们成为量子信息处理和惯性传感的有吸引力的候选者。当与光学活性电子的自旋耦合时，核自旋可以通过激光和射频场快速极化，控制和读取。在室温下具有几毫秒的相干时间，由金刚石中的氮空位中心托管的核自旋因此是观察量子时间尺度上的经典物理旋转如何影响量子系统的有趣系统。为了光学诱导核极化，对磁场强度和排列的精确和不灵活的限制阻碍了释放这种潜力，这限制了进一步研究和应用的范围。在这项工作中，我们展示了光学核自旋极化和快速量子控制的核自旋在钻石物理旋转在$1\,$ kHz，快于核自旋相干时间。不需要保持严格的场对准，我们能够测量和控制核自旋在迄今为止无法达到的制度，如在一个大的，随时间变化的磁场，使一个角度大于$100^\circ$的氮晶格空位轴的存在。磁场诱导量子比特的电子和原子核状态之间的自旋混合，使它们与振荡的射频场解耦。我们能够证明，相干自旋状态控制是可能的，在任何点的旋转，甚至高达六个旋转周期。我们将连续动态解耦与量子前馈控制相结合，以消除不完美机械旋转引起的退相干。我们的工作解放了NV核自旋以前无法获得的自由度，为量子控制和旋转传感提供了新的方法。
2021-07-27 quant-ph
Adiabatic Dynamical-Decoupling Based Control of Nuclear Spin Registers
使用围绕电子自旋量子比特的核自旋作为量子寄存器和长寿命存储器，为量子信息和生物传感的新应用开辟了道路。因此，需要对核登记册实行通用和强有力的控制。尽管绝热门广泛应用于量子信息中，但它们可能变得太慢而无法超过退相干。在这里，我们介绍一种技术，通过该技术，绝热门由同时扩展相干性的动态去耦协议产生。我们说明了这种基于脉冲的绝热控制核自旋周围的NV中心的钻石。我们从Landau-Zener理论得到了一个封闭形式的表达式，并表明它可靠地描述了动力学。通过识别强大的Floquet状态，我们表明，该技术使核自旋的极化，一次性翻转和状态存储。这些结果介绍了一种新的控制范式，结合动态解耦与绝热演化。
2021-07-05 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
Improved indirect control of nuclear spins in diamond NV centers
由不同类型的量子位组成的混合量子寄存器提供了一系列的优势和挑战。主要的挑战是某些类型的量子比特对外部控制场的反应很慢，因此大大减缓了信息处理操作。已经在许多情况下测试的一种有希望的方法是使用间接控制，其中外部场仅施加到与谐振激发脉冲强烈相互作用的量子位。在这里，我们使用这种方法来间接控制NV中心的核自旋，使用微波脉冲来驱动电子自旋，结合自由进动周期，优化用于在核自旋上生成逻辑门操作。该方案提供了通用的控制，我们提出了两个典型的应用：极化核自旋和测量核自旋自由感应衰变信号，都没有施加射频脉冲。该方案是通用的，因为它可以在宽范围的磁场强度和任何温度下实施。
2019-12-22 quant-ph
Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2
针对自旋为1/2电子系统中核自旋控制选择性受限的问题，提出动态解耦射频（DDRF）门方法，利用金刚石锡空位中心电子实现核自旋改进控制及72(3)%保真度的纠缠，为多量子比特实验提供基础。
2024-09-23 quant-ph
Numerical simulation of a Controlled-Controlled-Not (CCN) quantum gate in a chain of three interacting nuclear spins system
我们提出了一个量子控制-控制-非门的研究，实现在一个链的三个核自旋弱伊辛相互作用之间的所有这些，也就是说，考虑到第一和第二邻居自旋相互作用。该实现是在系统的初始状态（数字和叠加）上使用单个谐振$π$脉冲来完成的。保真度参数用于确定CCN量子门作为第二近邻相互作用耦合常数与第一近邻相互作用耦合常数之比（$J'/J$）的函数的行为。我们发现，对于$J'/J\ge 0.02$，我们可以有一个定义良好的CCN量子门。
2006-08-28 quant-ph
Magnetic Quantum-Phase Control between Two Entangled Macroscopic Nuclear Ensembles
从理论上研究了室温下两个宏观空间分离晶体间量子纠缠的产生和操纵。我们表明，通过结合X射线参数下转换源和X射线干涉与核共振散射技术，两个宏观晶体托管穆斯堡尔核位于每个干涉仪臂可以纠缠几十纳秒。纠缠态的相干时间可以延长到与单个核激发态的寿命相当的值，大约为几百纳秒。提出了一种非机械磁场控制两个空间分离的纠缠核晶体之间的量子相位的方法。
2014-07-11 quant-ph
Optical Control of a Single Nuclear Spin in the Solid State
我们展示了一种新的方法，在固体状态下，由近端量子发射体的电子态介导的单个核自旋的相干光学操纵。具体而言，使用氮空位（NV）的颜色中心在金刚石，我们证明了近端$^{14}$ N核自旋的控制通过全光学拉曼技术。我们评估在何种程度上的NV中心的内在物理性质限制的相干控制的性能，并发现它最终受到约束的横向超精细耦合和辐射衰减在NV中心的激发态的相对速率。可能的扩展和其他色心的应用进行了讨论。
2018-08-13 quant-ph
Delayed entanglement echo for individual control of a large number of nuclear spins
利用固态缺陷的单电子实现对单个核自旋的量子控制和检测的方法在量子信息处理和纳米级核磁共振（NMR）中起着核心作用。然而，使用标准技术，已经解决了不超过8个核自旋。在这里，我们开发了一种方法，显着提高了光谱分辨核自旋的能力，并通过使用氮空位（NV）中心作为模型系统的详细数值模拟来证明其能力。基于延迟纠缠控制，结合微波和射频场的技术，传感电子可以明确和单独地寻址具有宽频带共振的原子核，并且通过使用长寿命量子比特存储器，光谱分辨率可以扩展到电子自旋弛豫时间之外。我们的方法大大增加了缺陷中心可访问的有用寄存器量子位的数量，并改善了纳米级NMR的信号。
2016-04-19 quant-ph
Voltage controlled nuclear polarization switching in a single InGaAs quantum dot
在肖特基二极管中嵌入的光泵浦单个InGaAs自组装量子点中，当对二极管施加的偏压进行调谐时，观察到两个稳定的核自旋极化之间的尖锐阈值状跃迁。突然的转变导致点中的Overhauser场的切换高达3特斯拉。偏压相关的光致发光测量揭示了电子隧穿辅助核自旋泵浦的重要性。我们还发现了共振LO声子介导的电子共隧穿的证据，该效应受外加偏压的控制，并导致核自旋泵浦率的降低。
2009-01-15 quant-ph
Optical Detection of Coherent Nuclear Spin Control in a Molecular System at Room Temperature
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
该研究在室温下首次实现分子体系中核磁共振与相干核自旋调控的光学检测，利用有机发色团6,13-二氮并五苯的¹⁴N核自旋，为分子基量子传感提供了核自旋存储器的应用基础。
2026-10-14 physics.chem-ph 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
Quantum Optimal Control of Nuclear Spin Qudecimals in $^{87}\text{Sr}$
我们研究了利用量子最优控制在\textsuperscript{87} Sr（一个$d=10$维（四进制）希尔伯特空间）中实现$I=9/2$核自旋态幺正映射的能力。通过核自旋共振和张量AC斯塔克位移的组合，通过单独调制射频磁场的相位，该系统是量子可控的。碱土原子，如\textsuperscript{87} Sr，由于窄的相互组合线和激发态的大的超精细分裂，具有非常有利的品质因数用于这种控制。我们数值研究了量子速度极限，最佳参数，和保真度的任意状态准备和完整的SU（10）地图，包括存在的退相干由于光移激光诱导的光泵浦。我们还研究了使用鲁棒控制来减轻由于光移的不均匀性而引起的一些失相。我们发现，当$Ω_\text{rf}$的rf-Rabi频率和光移的不均匀性为0.5%时，我们可以在具有平均保真度$\langle \mathcal{F}_ψ\rangle =0.9992$的时间$T={4.5}π/Ω_\text{rf}$中制备任意Haar随机态，在具有平均保真度$\langle \mathcal{F}_U \rangle = 0.9923$的时间$T=24π/Ω_\text{rf}$中制备任意Haar随机SU（10）映射.
2021-10-14 quant-ph
Universal Quantum Control in Zero-field Nuclear Magnetic Resonance
本文描述了一种在零磁场中操纵核自旋的一般方法。在没有磁场的情况下，自旋失去了化学位移的个体信息，并且不等价的自旋只能通过核旋磁比和自旋-自旋耦合来区分。对于具有不同旋磁比的自旋1/2核（即，不同的物种）在零磁场中，我们描述了实现一组通用量子逻辑门的方案，例如，任意单量子位门和双量子位受控非门。这种方法允许系统中的通用量子控制，这可能在材料科学、化学、生物学、量子信息处理和基础物理学中提供有前途的应用。
2017-05-05 quant-ph
Hybrid dynamical decoupling and coherent driving for high-fidelity nuclear-spin control in diamond
Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
针对金刚石中核自旋控制的局限，提出混合动力学解耦与射频控制方法，在高保真度下降低射频功率与门时长，扩大了量子存储器和处理器的可访问核自旋寄存器规模。
2026-08-24 quant-ph
Dynamic decoherence control of a solid-state nuclear quadrupole qubit
本文报道了动态退相干控制脉冲序列在$Pr^{3+}:Y_2SiO_5$核四极跃迁中的应用。过程层析成像用于分析脉冲序列的效果。发现脉冲序列将跃迁的退相干时间增加到超过30秒。虽然退相干时间显着增加，人口项被发现迅速衰减的脉冲序列的应用程序。这种衰减率的增加归因于系综中的不均匀性。讨论了规避这一限制的方法。
2004-12-16 quant-ph
Hyperfine spectroscopy and nuclear spin control of dark defects in diamond
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Quantum Innovation Centre, Agency for Science, Technology and Research（科学技术研究局量子创新中心）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
研究通过双电子电子共振和核-电子-电子三共振技术，识别并控制单个自旋缺陷，发现新的氢相关缺陷结构，并验证氢核自旋量子比特的长寿命相干性。
2026-11-03 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
Coherent Microwave Control of a Nuclear Spin Ensemble at Room Temperature
我们使用名义上禁止在金刚石中的氮空位（NV）中心的电子核自旋跃迁，以证明在室温下使用微波场的核自旋系综的相干操纵。我们表明，采用一个离轴磁场与一个适度的振幅（$\approx$ 0.01 T）在一个角度相对于NV自然量子化轴是足以倾斜的电子自旋的方向，并使有效的自旋交换与NV中心的氮原子核。然后，我们可以证明快速拉比振荡的电子-核自旋交换跃迁，相干布居捕获和极化的核自旋系综在微波制度。将NV中心的许多电子自旋耦合到它们的固有核提供了关于可控自旋的数量的完全可扩展性，并提供了转导的前景。特别是，该技术可应用于微波光子的长寿命存储和核自旋与机械振荡器在分辨边带制度的耦合。
2020-05-26 quant-ph
Coherent control of the cooperative branching ratio for nuclear x-ray pumping
研究了X射线光驱动的三能级系统中核抽运的相干控制。在单核中，泵浦性能由X射线脉冲填充的激发态的分支比决定。我们的结果是基于观察到，在合奏的核，合作的激发和衰变导致一个大大修改的核动力学，我们的特点是一个随时间变化的合作分支比。我们讨论了通过相干控制合作衰变来控制X射线泵浦的前景。首先，我们研究了一个理想的情况下，纯粹的超辐射衰变和合作发射的完美控制。本文对外加磁场相干控制核前向散射中的X射线抽运进行了数值分析。接下来，我们提供了一个扩展的调查适合我们的计划的核，并提出了证明的原则，实现已经可能与典型的穆斯堡尔核系统，如$^{57}\mathrm{Fe}$。最后，我们讨论了应用这种控制技术的人口或长寿命核国家的耗尽。
2011-04-07 cond-mat.other quant-ph
Coherent control of solid state nuclear spin nano-ensembles
探测和控制核自旋纳米系综对于核磁共振（NMR）光谱学的进一步发展和新兴的固态量子技术至关重要。在这里，我们提出了一个$\approx$ 1纳米厚的金刚石层的制造组成的$^{13}$ C核自旋掺杂的氮空位中心（NV）嵌入在一个无自旋的$^{12}$ C晶体基质。该层附近的单个NV用于$^{13}$ C自旋的极化和其磁化的读出。我们展示了一种方法，通过使用射频脉冲的相干控制的几十个核自旋，并显示基本的相干控制实验-拉比振荡，拉姆齐光谱和哈恩回波，但任何NMR脉冲序列可以实现。所示的结果提出了实现基于核自旋的量子模拟器的第一步。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron-nuclear dynamics in a quantum dot under non-unitary electron control
介绍了一种求解量子点与宿主核通过超精细相互作用的外控电子自旋问题的方法。我们的方法占广义（非幺正）演化的外部控制和环境，如相干激光结合自发发射的影响。作为一个具体的例子，我们发展了核诱导频率聚焦动力学的微观理论，正如在Science 317，1896（2007）中首次测量的那样;我们发现核弛豫速率比该工作中引用的速率快几个数量级。
2011-06-27 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
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
Quantum bath control with nuclear spin state selectivity via pulse-adjusted dynamical decoupling
动力学解耦（DD）是控制任意开放量子系统的有效方法。在量子自旋控制中，DD通常涉及一系列定时自旋翻转（$π$旋转），其被布置为平均或选择性地增强与环境的耦合。在实验上，自旋翻转中的错误不可避免地被引入，从而促使人们努力优化错误鲁棒DD。在这里，我们颠倒这个范式：通过在标准DD中引入特定的控制“误差”，即与完美的$π$旋转（脉冲调整）的小的恒定偏差，我们表明我们获得了保留DD的优点同时引入量子态读出和偏振转移的能力的协议。我们利用这种核量子态的选择性，在金刚石中的氮空位中心的合奏有效地极化的$^{13}$ C量子浴。基本的物理机制是通用的，并铺平了道路的系统工程的脉冲调整协议与核状态选择性的量子控制应用。
2019-04-01 quant-ph
Optimal microwave control pulse for nuclear spin polarization and readout in dense nitrogen-vacancy ensembles in diamond
针对金刚石稠密NV系综中窄带微波脉冲核自旋制备效率低的问题，本文优化三类脉冲形状，在1.5 MHz线宽下使目标态布居提升15%。
2022-09-27 physics.optics quant-ph
Detection and control of individual nuclear spins using a weakly coupled electron spin
我们实验隔离，表征和相干控制多达六个单独的核自旋弱耦合到钻石中的电子自旋。我们的方法采用多脉冲序列的电子自旋共振放大与选定的核自旋的相互作用，并在同一时间动态抑制退相干所造成的其余的自旋浴。我们能够解决核自旋的相互作用强度是一个数量级小于电子自旋退相率。我们的研究结果提供了一种单核自旋灵敏度层析成像的途径，并大大扩展了金刚石中量子信息处理的可用量子比特数。
2012-05-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Control of the direction and rate of nuclear spin flips in InAs quantum dots using detuned optical pulse trains
我们发现光脉冲训练与量子点中电子跃迁的失谐控制了核自旋翻转的方向。光脉冲训练产生围绕所施加的磁场进动的电子自旋，其中自旋分量仅对于失谐脉冲平行于场。这个分量导致核自旋翻转的不对称性，提供了一种产生稳定和精确的核自旋极化值的方法。使用双色，时间分辨法拉第旋转和椭圆率观察到这种效果。
2009-01-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent x-ray-optical control of nuclear excitons with zeptosecond phase-stability
量子动力学的相干控制是许多基础研究和应用的关键。在可见光或更长波长的领域，近共振光场已经成为控制电子动力学的主要工具。最近，在极紫外范围内的相干控制被证明，在几阿秒范围内的应用光场的定时稳定性。在硬X射线能量下，穆斯堡尔核具有窄的核共振，这些共振的光谱学是研究物质的磁性，结构和动力学性质的广泛工具。已经表明，使用各种控制技术可以显着提高穆斯堡尔谱的功率和范围。然而，使用近共振X射线场的原子核的相干控制仍然是一个开放的挑战，也是因为在几个zeptosecond范围内对X射线光的极端稳定性要求。在这里，我们展示了这样的控制，并使用两个X射线脉冲的相对相位之间切换的核动力学受激发射和增强相干激发。为此，我们建议并实施了一种方法，以形成单脉冲由现代X射线设施到可调谐的双脉冲，与几个zeptosecond水平上所需的稳定性。我们的研究结果解锁了原子核的相干光学控制，并为核拉姆齐光谱和自旋回波技术铺平了道路，这不仅为推进核量子光学提供了关键概念，也为可能的X射线时钟和频率标准提供了必要的成分。作为一个长期的观点，我们设想的时间分辨的研究核的平衡动力学，这是一个长期存在的公开挑战穆斯堡尔科学。
2020-03-08 quant-ph
Machine learning with controllable quantum dynamics of a nuclear spin ensemble in a solid
我们实验证明量子机器学习使用NMR量子水库计算的框架的基础上。水库计算是为了利用具有大自由度的自然非线性动力学，其被称为水库，用于机器学习目的。在这里，我们提出了一个具体的物理实现的量子水库使用可控动力学的核自旋系综在分子固体。在这个实现中，我们演示了具有低均方误差的二进制或连续变量输入的非线性函数的学习。我们的实现和演示为利用NMR系综系统中的量子计算优势进行可达技术的信息处理铺平了道路。
2018-06-28 quant-ph
Spectral control over $γ$-ray echo using a nuclear frequency comb system
从理论上研究了利用核频率梳系统对$γ$射线回波进行两种谱控制的方法。核频率梳系统由处于磁化（超精细分裂）、机械运动（多普勒频移）或两者下的多个核目标组成，即移动和磁化目标。因此，在频域中，$γ$射线的单吸收线分裂成等间距的多条吸收线，形成核频率梳结构。我们分别将频谱整形和动态分裂引入频率梳结构，以优化介质的使用并打破回波效率的理论最大值，即，54%。频谱整形方案导致所需的样品谐振厚度的减少，以实现特别是宽带输入的高回波效率。动态分裂法使两个等效核频率梳系统的回波效率提高到67%。我们还表明，只使用少量的目标就足以获得良好的回波性能，这大大降低了实现的复杂性。我们的结果将量子光学扩展到10 keV区域，并为$γ$射线存储器的发展奠定了基础。
2019-07-05 nucl-th physics.atom-ph physics.optics
Coherent Control of a Long-Lived Nuclear Memory Spin in a Germanium-Vacancy Multi-Qubit Node
本文展示了对金刚石中锗空位色心耦合13C核自旋的相干控制，实现超过2.5秒的相干时间，并估计记忆时间可达18.1秒，为量子中继器节点应用奠定基础。
2025-01-07 quant-ph
Nuclear spin polarization and control in a van der Waals material
范德瓦尔斯层状材料是材料研究的焦点，因为它们支持强量子效应并且可以容易地形成异质结构。范德华材料中的电子自旋在最近的许多突破中发挥了关键作用，包括拓扑绝缘体、二维（2D）磁体和自旋液体。然而，范德华材料中的核自旋仍然是一种未开发的量子资源。在这里，我们报告的第一个演示的光学偏振和相干控制的核自旋在范德瓦尔斯材料在室温下。我们利用六方氮化硼中带负电荷的硼空位（$V_B^-$）自旋缺陷来抑制附近的氮核自旋。值得注意的是，我们观察到拉比频率的核自旋在激发态水平的反交叉的$V_B^-$缺陷是350倍以上的一个孤立的核，并证明快速相干控制的核自旋。我们还检测到强电子介导的核-核自旋耦合，比直接核自旋偶极耦合大5个数量级，从而实现多量子位操作。三角晶格中的氮核自旋将适合于大规模的量子模拟。我们的工作为量子信息科学和技术开辟了范德华材料中核自旋的新前沿。
2022-03-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust control of entanglement in a Nitrogen-vacancy centre coupled to a Carbon-13 nuclear spin in diamond
我们解决了一个问题，产生一个强大的纠缠门之间的电子和核自旋在一个单一的氮真空中心耦合到一个最近的碳-13原子在金刚石对某些类型的系统误差，如脉冲长度和非共振误差的系统。我们分析了各种控制方案的鲁棒性：顺序脉冲，复合脉冲和数值优化脉冲。我们发现，由梯度上升脉冲工程算法（GRAPE）产生的数值优化脉冲比复合脉冲和顺序脉冲更鲁棒。优化脉冲也可以在比复合脉冲更快的时间内实现。
2009-03-23 quant-ph
High-fidelity readout and control of a nuclear spin qubit in silicon
单个核自旋有望成为长寿的量子比特或量子存储器，具有容错量子计算所需的高性能。我们在这里表明，这样的承诺可以通过硅纳米结构中的单个磷（31 P）核自旋来实现。通过将电子自旋的单次读出与片上电子自旋共振相结合，我们证明了核自旋的量子非破坏性电单次读出，读出保真度优于99.8% -这是任何固态量子位的最高值。然后通过施加相干射频（RF）脉冲将单个核自旋作为量子比特操作。对于电离的31 P施主，我们发现核自旋相干时间为60 ms，1-量子位门控保真度超过98%。这些结果表明，现代电子学的主导技术可以适用于托管基于核自旋的量子信息处理的完整电测量和控制平台。
2013-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modular magnetic field on the z-direction on a chain of nuclear spin system and quantum Not and Controlled-Not gates
我们研究了一维固体核自旋链系统中单个量子比特的旋转和受控非门的模拟，该系统通过与z方向磁场的模分量的Ising型相互作用进行弱相互作用，其特征为$B_z(z,t)=Bo(z)\cosδt$ .这些量子比特受到电磁脉冲的影响，这些电磁脉冲决定了一个或两个量子比特系统中的跃迁。我们使用保真度参数来确定作为频率参数$δ$的函数的非（N）门和受控非（CNOT）门的性能。我们发现，对于$|δ|\le 10^{-3} MHz$，这些门仍然具有良好的保真度。
2012-03-02 quant-ph
Superradiant control of gamma-ray propagation by vibrating nuclear arrays
光与原子和核系综相互作用的集体性质产生了迷人的超辐射和辐射捕获现象。研究了周期性相干振动二能级原子核阵列与γ射线的相互作用。这种核运动可以产生，例如，在由强驱动光学激光场照射的离子晶体中。我们发现，入射γ束的偏转到布拉格角可以打开和关闭由集体核频率，这是太赫兹的顺序确定的超辐射时间尺度上的核振动。也就是说，如果入射伽马波与核跃迁失谐的频率大得多，它就会穿过静态核阵列。然而，如果原子核以伽马射线失谐的频率振动，则参数共振可以在超辐射时间尺度上产生能量转移到布拉格偏转束中，这可以用于快速控制伽马射线。
2013-09-30 physics.optics quant-ph
Three-dimensional nuclear spin positioning using coherent radio-frequency control
通过偶极相互作用的距离测量是核磁共振（NMR）应用于分子结构测定的基础，但它们仅提供关于自旋之间的绝对距离$r$和极角$θ$的信息。在这封信中，我们提出了一个协议，也检索方位角$ϕ$。我们的方法依赖于测量后的控制脉冲与校准的外部射频线圈的应用程序的核旋进相位。我们实验证明了在金刚石主晶体中相对于单个氮空位中心的中心电子自旋的单个碳-13核自旋的三维定位。精确定位三维核位置的能力是实现纳米级NMR技术的核心，该技术可以以原子分辨率成像单个分子的结构。
2018-07-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity control of a $^{13}$C nuclear spin coupled to a tin-vacancy center in diamond
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Saarland University（萨尔兰大学）；University of Kassel（卡塞尔大学）
研究通过光和微波泵浦实现钻石中$^{13}$C核自旋与锡空位中心的高保真控制，展示了核自旋操控的相干性及量子网络节点的潜力。
2025-09-03 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
Controlling the nuclear polarization in quantum dots using optical pulses with a modest bandwidth
我们发现，具有适度光谱宽度的失谐光脉冲序列可以抑制InAs量子点中的核自旋。脉冲带宽足够大，以激发在这些带负电荷的点中的两个电子自旋本征态的相干叠加，但足够窄，以给出本征态之间的部分光谱选择性。电子自旋态的相干旋进和周期性激发聚焦核自旋分布，产生一组离散的旋进模式。光谱选择性通过依赖于光学自旋旋转而不是电子自旋弛豫的机制产生净核极化。
2011-02-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state tomography of large nuclear spins in a semiconductor quantum well: Optimal robustness against errors as quantified by condition numbers
本文讨论了在纳米尺度量子阱半导体器件中对具有大自旋$I=3/2$的固态系统进行量子态层析成像的方法。由于四极相互作用，这些核自旋器件的塞曼能级变得不等距，形成可控的四能级量子系统（称为quartit或quadrant）。可以使用核磁共振（NMR）技术通过多光子跃迁选择性地和相干地操纵这些能级的占据[Yusa等人，Nature（London）434，101（2005）]。这些方法基于NMR的非常规方法，其中直接测量纵向磁化$M_z$。这与检测横向磁化$M_{xy}$的标准NMR实验和层析成像方法相反。利用基于谱范数的条件数分析了系统对测量数据误差的鲁棒性。我们提出了几种方法与优化的旋转集产生最高的鲁棒性对错误，所描述的条件数等于1，假设一个理想的实验检测。对于基于标准循环排序相位序列（CYCLOPS）方法的更现实的“噪声”$M_z$检测，如由等于1.05的条件数给出的，该鲁棒性仅略微恶化。
2015-08-28 quant-ph
Control of Non-Resonant Effects in a Nuclear Spin Quantum Computer with a Large Number of Qubits
我们讨论了如何用大量的量子比特来模拟简单的量子逻辑运算。这些模拟是可扩展固态量子计算机的实验测试所需要的。远程量子位的量子逻辑是在自旋链中模拟的。分析估计可能引起的非共振跃迁的相关误差。一个范围内的参数，其中可以最大限度地减少非共振效应。
2001-03-03 quant-ph
