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
Electron Spin Dephasing due to Hyperfine Interactions with a Nuclear Spin Bath
研究了自旋量子比特与核自旋浴相互作用的纯退相消相干（自由感应衰减和自旋回波）。而对于无限大的磁场B，唯一的退相干机制是由于核自旋的偶极触发器引起的光谱扩散，随着B的减小，核自旋之间的超精细介导的相互作用变得重要。我们给出了一个理论的退相干由于这些相互作用，利用其远程性质。对于一个热不相关浴，我们表明，我们的理论是适用的B~10 mT，允许与最近的实验在GaAs量子点的比较。
2009-02-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Spin Quantum Memory in Silicon Carbide
碳化硅（SiC）中的过渡金属（TM）缺陷是量子技术应用的一个有前途的平台。一些TM缺陷，例如钒，在电信频带中的一个中发射，但是大的基态超精细流形对于需要纯量子态的应用提出了问题。我们开发了一个驱动的，耗散的协议来抑制核自旋，基于严格的理论模型的缺陷。我们进一步表明，核自旋极化使使用众所周知的方法初始化和长时间相干存储的量子态。因此，所提出的核自旋制备方案标志着在SiC中使用TM缺陷的量子技术的全光学控制集成平台的第一步。
2022-08-08 cond-mat.mes-hall 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
Two-Qubit Couplings of Singlet-Triplet Qubits Mediated by One Quantum State
我们描述了通过一个量子态（QS）耦合的单重态-三重态量子比特（STQ）之间的高保真纠缠门。QS可以由量子点本身或由另一个受限系统提供。使用靠近QS的电子门可以调节QS的轨道能量，这改变了STQ之间的相互作用，而与它们的单量子位参数无关。短选通序列用于受控非（CNOT）操作。我们表明，现实的量子点设置允许良好的纠缠操作与门不稳定性低于$10^{-3}$，这是低于表面码的量子纠错阈值。我们考虑的限制，从制造误差，超精细相互作用，自旋轨道相互作用，和GaAs和Si异质结构中的电荷噪声。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical polarization of nuclear spins in silicon carbide
我们证明了光泵浦的29-Si核自旋的动态核极化，这些核自旋与4 H-和6 H-SiC中的顺磁色心强耦合。在室温下99 +/-1%的极化度对应于5微开尔文的有效核温度。通过结合从头算理论和色心光学激发态的实验识别，我们定量地模拟了超精细介导的能级反交叉是如何产生偏振的。这些结果为基于SiC的量子存储器、核陀螺仪和用于磁共振成像的超极化探针奠定了基础。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Vanadium spin qubits as telecom quantum emitters in silicon carbide
具有自旋寄存器的固态量子发射器是量子通信的有前途的平台，但很少在低损耗光纤网络所需的窄电信频带内发射。在这里，我们在碳化硅（SiC）中创建和隔离近表面的单一钒掺杂剂，在O波段（1278-1388 nm）具有稳定和窄的发射，亮度允许在晶圆级CMOS兼容材料中进行无腔检测。在钒系综中，我们表征了4 H-SiC和6 H-SiC中所有五个可用位点的复杂d1轨道物理。光学跃迁对来自局部硅和碳同位素的质量偏移敏感，从而实现光学分辨的核自旋寄存器。在基态和激发轨道态的光学检测磁共振揭示了各种超精细相互作用与钒核自旋和量子存储器的时钟跃迁。最后，我们展示了自旋态的相干量子控制。这些结果为固态电信发射体的量子应用提供了一条途径。
2019-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Measuring nuclear spin qubits by qudit-enhanced spectroscopy in Silicon Carbide
本研究以4H-SiC中V2色心的电子自旋3/2 qudit为传感器，识别多组核自旋并提取耦合参数，实现98±6%的高核自旋极化及单自旋相干操控，为SiC量子平台应用提供参数支撑。
2023-10-24 physics.atom-ph quant-ph
Measurement of the excited-state transverse hyperfine coupling in NV centers via dynamic nuclear polarization
量子系统的哈密顿量的精确知识是其在许多量子信息技术中使用的关键先决条件。本文报道了一种精确表征金刚石中电子-核自旋系统激发态哈密顿量非久期部分的方法。该方法依赖于由电子自旋介导的动态核极化的研究，该研究目前被用作初始化核量子位和执行增强的核磁共振的主要工具。通过测量氮空位中心基态超精细能级布居的时间演化，首次直接估计了其电子自旋与氮核自旋之间的激发态横向超精细耦合。我们的方法也可以应用于其他电子核自旋系统，如碳化硅中的缺陷。
2017-06-19 quant-ph
Lande g-factor measurements for the 5d6s 3D2 hyperfine levels of 176Lu+
本文通过高精度测量 176Lu+ 的 5d6s 3D2 超精细能级 Landé g 因子，结合理论计算估计超精细介导的四极矩修正，并给出钟跃迁残余四极矩值。
2025-07-22 physics.atom-ph quant-ph
Dephasing of electron spin qubits due to their interaction with nuclei in quantum dots
束缚在III-V量子点中的电子自旋的相干性受到它们与原子核的超精细相互作用的强烈影响。本文将对这一课题作一介绍。一些理论方法的问题将被概述。大部分的注意力将给予准静态浴近似，由于偶极相互作用（光谱扩散）引起的核动力学的失相的集群膨胀理论，以及由于超精细介导的相互作用的有效的基于哈密顿量的失相理论。将强调理论结果和各种实验之间的联系。
2011-04-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-yield engineering and identification of oxygen-related modified divacancies in 4H-SiC
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究通过氧离子注入法实现了4H-SiC中与氧相关的修饰双空位的高产工程与鉴定，揭示了四种晶格构型的氧空位复合物，并展示了其优异的光学性质和自旋相干性，为固态量子技术提供了新的机会。
2026-05-21 quant-ph
Dipole Interaction Mediated Laser Cooling of Polar Molecules to Ultra-cold Temperatures
我们提出了一种方法来设计一个有限的衰减率的激发旋转态的极性分子。该装置是基于一个混合系统的极性分子与原子驱动到里德伯态。原子和分子通过极性分子的两个转动能级与两个里德伯态之间的强偶极交换相互作用耦合。这种可控的衰减速率开辟了光学泵浦极性分子的超精细水平的途径，并且它使得能够应用常规的激光冷却技术来将极性分子冷却到量子简并。
2012-05-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
High-Field EPR/ENDOR of N/Be Centers for Defect Engineering in 6H-SiC
Institute of Physics, Kazan Federal University（喀山联邦大学物理研究所）；Ioffe Institute（约费研究所）；Higher School of Cybertechnology, Mathematics and Statistics, Plekhanov Russian University of Economics（普列汉诺夫俄罗斯经济大学网络技术与数学统计高等学院）
本研究通过高场EPR/ENDOR表征6H-SiC中氮/铍中心，明确其自旋特性与电子核相互作用，证实双杂质掺杂可保持晶格结构，为SiC缺陷工程及量子技术应用提供依据。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Normal-mode splitting in the coupled system of hybridized nuclear magnons and microwave photons
在弱铁磁MnCO $_3$系统中，低频集体自旋激发（磁振子）是核自旋和电子自旋通过超精细相互作用耦合的杂化振荡。通过使用开口环共振器，我们进行了MnCO $_3$系统的透射光谱测量，并观察到，第一次，避免杂交的核电子磁振子模式和共振器模式之间的NMR频率范围内的交叉。由于$^{55}$ Mn的自旋密度大，导致劈裂强度很大，且磁振子-光子耦合参数$C=0.2$接近强耦合条件.结果揭示了一类新的自旋系统，在这类系统中，核自旋与光子之间的耦合是通过电子自旋通过超精细相互作用来实现的，并且在这类系统中可以观察到杂化核磁振子模和共振模的相似的简正模分裂.
2015-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron-mediated projective quantum nondemolition measurement on a nuclear spin
投影量子非破坏性测量是量子技术的重要组成部分。在这里，我们提出了一种方法，通过测量一般的电子-核自旋系统中的腋电子自旋，通过弱超精细相互作用耦合，构建投影QND测量的核自旋。其核心思想是对电子施加适当的量子控制，以构建核自旋上的弱QND测量，然后将这样的测量序列级联成投影测量。我们确定了一组可调参数来选择QND观测值和控制弱QND测量的强度。我们还发现，QND测量可以稳定对现实的实验控制误差。作为我们方法的演示，我们设计了一个在金刚石中的$^{13}$ C核自旋弱耦合到氮空位中心电子自旋的投影QND测量。
2022-08-21 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
Fast entanglement generation via cavity-mediated nematic tensor dynamics
University of South Florida（南佛罗里达大学）
该研究针对原子系综纠缠生成速度慢的问题，提出利用腔介导向列张量动力学在近共振条件下实现快速纠缠生成，其速度比典型实验快百倍以上，还可加速最大纠缠态的制备。
2026-10-09 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-Mediated Gas-Liquid Transition
本研究在二元玻色-爱因斯坦凝聚体中，通过腔辅助拉曼过程耦合自旋分量，发现腔超辐射与量子液滴形成协同驱动气液转变，并呈现腔场突变和线性标度等特征信号。
2025-06-22 cond-mat.quant-gas 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
Engineering Defect-Phonon Interactions Through Heterophase-Interfaces in Silicon Carbide Membranes
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）；ROHM Research & Development Center, ROHM Co., Ltd.（罗姆研发中心和罗姆株式会社）
本研究提出利用远程外延技术构建3C/4H异相界面，以工程调控碳化硅中缺陷-声子相互作用，显著增强零声子跃迁并实现室温窄线宽量子发射体。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically pumped spin polarization as a probe of many-body thermalization
无序和输运之间的相互作用是理解广泛的物理过程的核心问题，最显著的是系统达到热平衡的能力。无序和许多身体相互作用是相互竞争的，其中一个或另一个的主导地位产生了根本不同的动力学阶段。在这里，我们研究了13 C在金刚石中的自旋扩散动力学，我们通过工程色心的光自旋泵浦在室温下动态地进行了表征。我们专注于低丰度，强烈的超精细耦合核，其在极化输运中的作用，我们暴露通过可变的射频激发可观察到的散装13 C磁共振信号的综合影响。出乎意料的是，我们发现良好的热接触整个核自旋浴，几乎独立的超精细耦合强度，我们归因于有效的碳-碳相互作用介导的电子自旋系综。特别是，在超精细耦合的整个范围内的观察表明，核自旋扩散常数的值比同质核自旋耦合的预期值大两个数量级。我们的研究结果打开了有趣的机会，通过控制浴内的内部相互作用来研究系统中热化的发生。
2020-05-01 quant-ph
Entanglement and Tunable Spin-Spin Couplings Between Trapped Ions Using Multiple Transverse Modes
我们证明了可调自旋自旋耦合被困原子离子之间，介导的激光力的多个横向集体运动模式。在Yb离子基态超精细时钟态中存储的量子比特之间实现了$σ_x σ_x$型伊辛相互作用。我们展示了纠缠门和定制的自旋自旋耦合与两个和三个被困离子。紧密间隔的横模的使用提供了与量子计算相关的一类新的相互作用，并且利用单晶中的大量离子进行模拟。
2009-05-02 quant-ph
Coherent coupling of mechanics to a single nuclear spin
核自旋与环境的相互作用很弱。特别地，它们通常对机械振动不敏感。在这里，我们成功地证明了力学的相干耦合到一个单一的核自旋。这种耦合是由金刚石中的硅空位（SiV）中心介导的，利用其大的应变敏感性和与核自旋的超精细相互作用。重要的是，我们证明了核自旋保持其良好的相干性，即使在这种耦合的存在。这提供了一种利用核自旋作为量子机制中机械系统的量子存储器的方法。
2021-07-23 quant-ph
Cluster-correlation expansion for studying decoherence of clock transitions in spin baths
中心自旋的时钟跃迁（CT）具有较长的相干时间，因为它们的频率波动在外场噪声（例如来自核自旋浴的Overhauser场）的线性顺序中消失。因此，CT对于量子技术是有用的。此外，频率对噪声的二次依赖性使得CT退相干成为一个有趣的物理问题。因此，我们有动机研究CT的退相干。我们考虑来自旋转浴的噪声，这是量子比特退相干的最相关机制之一。各种量子多体方法已经发展到研究自旋浴中中心自旋的退相干。特别地，团簇关联展开（CCE）系统地解释了导致中心自旋退相干的多体关联。然而，CCE不能直接应用于旋转浴中的CT，因为由于噪声的二次项（例如，由核自旋浴的超精细相互作用介导的二级相互作用）。在这项工作中，我们开发了一种改进的CCE方法来解决这类退相干问题。通过对角化超精细相互作用的每个浴本征态的中心自旋哈密顿量，我们发现，长程相互作用的影响被吸收的中心自旋本征能的波动的形式的单自旋关联。我们将该方法应用于两个具体的系统，即氮空位中心电子在近零磁场中的自旋和双量子点中两个电子的单重态-三重态跃迁。数值模拟表明，修正的CCE收敛速度快的CT。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Spin-Mediated Relaxation Mechanisms of the V$_{B}^-$ Center in hBN
本研究通过团簇扩展技术开发无参数自旋动力学模型，揭示了六方氮化硼中V_B^-中心的核自旋介导的弛豫机制，并预测了外部磁场对弛豫时间T_1的影响。
2025-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Spin-Orbit Coupling Induced Back-action Cooling in Cavity-Optomechanics with a Bose-Einstein Condensate
本文报道了一种自旋-轨道耦合反作用冷却光机械系统，该系统由自旋-轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体组成，被囚禁在带有一个可移动端镜的光腔中，通过抑制量子噪声的热效应实现反作用冷却.自旋-轨道耦合介导的超精细态的集体密度激发-充当与腔场相等耦合的原子振荡器-触发强烈驱动的原子反作用。我们发现反作用不仅改变了其本身的低温动力学，而且提供了一个机会，以冷却到其量子力学基态的机械镜。此外，我们还证明了自旋轨道耦合的强度也监督了动力学结构因子，并压缩了非线性量子噪声，如热机械噪声和光子散粒噪声，从而增强了混合腔的光力学特性。我们的研究结果是可测试的，在一个现实的设置和增强功能的腔光学力学与自旋轨道耦合超精细态在量子光学和量子计算领域。
2017-01-06 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Axion signal search using hybrid nuclear-electronic spin systems
University College London（伦敦大学学院）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）
本文提出一种混合架构，通过超精细相互作用将轴子驱动的核自旋进动转换为高带宽电子自旋读出通道，实现对暗物质信号的高效探测。
2026-09-24 hep-ex hep-ph quant-ph
Tailoring nuclear spins order with defects: a Quantum Technology CAD study
本研究结合原子级方法开展量子技术CAD研究，设计基于宽禁带半导体缺陷的核自旋有序系统，模拟其制备并分析量子特性，发现亚稳态自旋波及配置对制备测量的影响。
2025-05-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Oxygen-vacancy quantum spin defects in silicon carbide
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Zhejiang University（浙江大学）
研究揭示硅碳中PL5和PL6中心的氧空位起源，通过化学和同位素控制策略确定其结构，为确定性工程这些缺陷奠定基础，推动可扩展的光子器件和高灵敏度量子传感器发展。
2026-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonon-Coupled Hole-Spin Qubits in High-Purity Germanium: Design and Modeling of a Scalable Architecture
本研究设计并建模了基于高纯锗栅控量子点空穴自旋量子位的可扩展量子架构，通过集成声子晶体腔与电调自旋轨道耦合，结合同位素富集材料，实现了长自旋相干、快门控与长程耦合，提供了CMOS兼容的高保真可扩展量子计算路径。
2025-09-03 quant-ph
