A quadrupolar exchange-only spin qubit
我们提出了一种四极交换自旋（QUEX）量子比特，它对量子点中占主导地位的退相干机制电荷噪声和核自旋退相具有高度鲁棒性。量子比特由被捕获在三个量子点中的四个电子组成，并在无退相干子空间中运行，以减轻由于核自旋引起的退相。为了降低对电荷噪声的敏感性，量子位可以完全在扩展的电荷噪声最佳点处操作，该最佳点对电波动一阶不敏感。由于库仑相互作用介导的现场交换，量子比特能量分裂是电可控的，即使在“关闭”配置中也可以达到几GHz，使其与传统的微波腔兼容。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Use of Quadrupolar Nuclei for Quantum Information processing by Nuclear Magnetic Resonance: Implementation of a Quantum Algorithm
量子信息处理（QIP）的物理实现是通过液态核磁共振（NMR），使用分子的弱耦合自旋-1/2核，已经得到很好的建立。在液晶基质中取向的自旋为$>$ 1/2的核是另一种可能性。这样的系统每个原子核有多个量子比特，并且具有大的四极耦合，从而在光谱中产生分离良好的谱线。到目前为止，伪纯态和逻辑门的创建已被证明在这样的系统中使用过渡选择性射频脉冲。在本文中，我们报告了两个新的发展。首先，我们实现了一个需要相干叠加态的量子算法。第二，我们利用四极耦合下的演化来实现多量子比特门。我们在自旋为3/2（2量子比特）的系统上实现了Deutsch-Jozsa算法。实现该算法所需的受控非操作已经在这里通过四极哈密顿量下的进化来实现。该方法已首次在四极系统中实现。由于四极耦合比弱耦合自旋1/2核中的耦合大几个数量级，因此门时间减少，增加了量子计算机的时钟速度。
2003-06-14 quant-ph
Driven dynamics of a quantum dot electron spin coupled to bath of higher-spin nuclei
本研究突破核自旋1/2近似，提出耦合任意自旋核浴的自组装量子点光驱动电子自旋的理论框架，发现超精细相互作用驱动动态核极化与锁模，四极耦合抵消该效应，为测量量子点四极相互作用提供途径。
2020-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin coherent states in NMR quadrupolar system: experimental and theoretical applications
本文利用四极自旋系统的核磁共振（NMR），将原子相干态的概念转移到核自旋背景下，称之为赝核自旋相干态（pseudo-nuclear spin coherent state，pseudo-NSCS）。在实验上，我们讨论了初始化的伪NSCSs和它们的量子控制，实现极角和方位角旋转。理论上，我们计算了初始伪NSCS在经历三种不同的循环演化后获得的几何相位：$ i) $ NMR四极系统的自由演化，以及类似于NMR四极系统的$ii)$单模和$ iii)$双模玻色-爱因斯坦凝聚体类系统的演化.通过这些类比，我们得到，通过自旋角动量算子，结果等价于那些在文献中提出的轨道角动量算子。赝NSCS描述是将自旋压缩态和量子精密测量引入液晶或固体物质核自旋系统的出发点。
2013-01-14 quant-ph
Quadrupolar Effects on Nuclear Spins of Neutral Arsenic Donors in Silicon
我们提出了电检测电子核双共振测量的核自旋的电离和中性砷施主在应变硅。除了减少的超精细耦合，我们发现显着的四极相互作用的中性捐助者的顺序为10 kHz的核自旋。通过比较这些四极位移，由于测量的电离的捐助者的晶体场，我们确定的电场梯度在原子核上的额外的电子的效果。该额外分量预期是由与由于应变下电子波函数的变化而产生的电场梯度的耦合引起的。
2016-03-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Robust external spin hyperpolarization of quadrupolar nuclei enabled by strain
本文通过理论研究发现，利用晶体应变可在金刚石表面附近的 h-BN 纳米片中实现 11B 四极核自旋的稳健外部超极化，避免向 13C 和 1H 等本征核自旋的极化损失，为液相中继极化和表面核自旋量子模拟器提供了新途径。
2024-04-28 quant-ph
Entanglement in nuclear quadrupole resonance
量子态是量子信息技术的重要组成部分。确定了自旋大于1/2的四极核纠缠态的条件。结果表明，在低温下，对具有四极矩的四极核施加一个磁场，通过与周围电荷分布产生的电场梯度相互作用，可以实现纠缠.
2010-07-31 quant-ph
Quadrupolar interaction induced frequency shift of 131Xe nuclear spins on the surface of silicon
将微机械加工技术与原子自旋陀螺（ASG）器件相结合，可以研制出芯片级原子自旋陀螺（CASG）。陀螺仪的核心是一个微加工的蒸气室，其中含有碱金属和同位素富集的惰性气体，如129氘和131氘。131 Ω的四极频移是影响ASG漂移的关键参数，并且与包含它们的单元的材料有关。在微机械加工技术中，典型使用的材料是硅。本文研究了131 π原子与微机械蒸气室硅壁之间的电四极频移。实验中使用的是圆柱形微机械蒸汽室，其大部分内表面由硅材料构成。我们研究了129 π自旋弛豫和131 π自旋频移的温度依赖性，以评估核自旋与容器壁和碱金属原子的相互作用。结果表明，131 π自旋与硅壁碰撞时的平均扭曲角为29 *10^-6 rad。131 π自旋从硅表面逃逸的脱附能为Esi = 0.009eV。该研究有助于提高作为陀螺仪关键参数的CASG的零偏稳定性，并为研究不同材料的表面特性提供了一种方法。
2021-11-14 physics.ins-det quant-ph
Intrinsic limit to electron spin coherence in InGaAs quantum dots featuring strain-induced nuclear dispersion
限制在自组装量子点中的单个电子的塞曼分裂自旋态提供了光学可访问的自旋量子比特。对于III-V族材料，固态主体的核自旋提供了固有的噪声源，导致电子自旋退相时间为几纳秒。虽然在低磁场的电子自旋动力学的综合研究最近已经进行，什么限制在这些系统中的电子相干性仍然不清楚，部分原因是由于测量引起的动态极化的核浴的主导作用。我们发展了一种在不影响核环境的情况下获取量子点自旋态的全光学方法。我们使用这种方法来实现哈恩回波解耦，并达到由非均匀应变场耦合到核浴的四极矩的相干设置的内在限制。这些结果表明，电子自旋相干性的扩展超过这几微秒的限制，有必要减少应变诱导的四极加宽在这些材料。
2015-12-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonclassical correlation in NMR quadrupolar systems
除了纠缠及其在量子信息处理（QIP）中的作用之外，量子关联的存在（如量子不和谐所揭示的）是当前讨论的主题。特别是，有人认为这种非经典相关性可以为某些量子算法提供计算加速。在这方面，体核磁共振（NMR）已成功地用作许多QIP实现的测试平台，尽管它也因在迄今为止使用的大多数系统中没有呈现纠缠而不断受到批评。本文对核磁共振四极系统中的量子关联和经典关联动力学进行了理论和实验研究。我们提出了一种方法计算的相关性从实验NMR偏差密度矩阵，并表明，给定的核自旋环境的行动，松弛产生单调的时间衰减的相关性。虽然实验实现在一个特定的四极系统中进行，这里提出的主要结果可以应用到任何系统使用的偏差-密度矩阵形式主义。
2010-06-23 quant-ph
Spin Squeezing via One-Axis Twisting in a Quadrupolar NMR system under relaxation effects
本文研究了室温下四极核磁共振系统中自旋为3/2和7/2的自旋压缩态，利用单轴扭转机制描述非线性算符，并考虑弛豫效应，提出了非笛卡尔角动量算符及压缩参数上界，为量子控制与计量提供框架。
2025-04-12 quant-ph
Laser Cooling of Nuclear Magnons
与热能相比，核自旋的能量尺度很小，即使在低温下，也很难将其初始化到基态。在这封信中，我们提出了一个光核四极效应，使双色光子可以有效地与核自旋相互作用。利用这样的光学界面，我们证明了核磁振子，核自旋系综的集体激发，可以光学冷却。在可行的实验条件下，激光冷却可以将核磁振子的布居数和熵抑制两个数量级以上，这将有利于核自旋在量子信息科学中的应用。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Fidelity Hole Spin Qubits Reveal Quadrupolar Nuclear-Bath Dynamics in Isotopically Purified Planar Germanium
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理北京国家实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文系）；State Key Laboratory of Semiconductor Physics and Chip Technologies, Institute of Semiconductor, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所半导体物理与芯片技术国家重点实验室）；School of Electronics, Peking University（北京大学电子学院）
通过同位素纯化70Ge前驱体合成高质量二维空穴气，抑制核自旋噪声，使量子比特T2*延长至20微秒以上，单比特门保真度超过99.9%，并利用Hahn回波谱学揭示与界面四极核动力学相关的新噪声通道。
2026-06-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Classical bifurcation in a quadrupolar NMR system
本文将约瑟夫森结模型应用于四极核磁共振系统中经典分岔的实验研究。自旋系统的哈密顿量有两个区域，一个是线性的，一个是非线性的，它们分别由自旋系统哈密顿量的射频项和四极项来实现。这些术语提供了一个解释的对称性破缺由于分叉。分歧取决于两种制度同时以不同的比例共存。实验是在室温下对具有自旋$I=7/2$的$^{133}$ Cs核的有序系综的溶致液晶样品进行的。我们的实验结果证实了分叉的发生与自旋值和物理系统无关。利用这个实验自旋方案，我们证实了四极核系统可以类似于对称双模玻色-爱因斯坦凝聚体来描述。
2013-01-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
Spin squeezing in an ensemble of quadrupolar nuclei NMR system
我们在核磁共振（NMR）四极系统上，研究了温度为$26^\circ{\mathrm C}$时产生的自旋压缩态。在具有溶致液晶样品的自旋$I=7/2$的$^{133}$ Cs核的系综中进行实施。我们确定的自旋压缩源，由于核的四极矩和电场梯度之间的相互作用，内部存在的分子。我们用自旋角动量表象形式化地描述了产生自旋压缩的非线性算符。通过对双模BEC系统的压缩参数和压缩角以及Wigner准概率分布函数，对自旋压缩现象进行了定性和定量的表征。本实验方案的通用性表明了它在固体物理中的潜在应用。
2014-03-11 quant-ph
Nuclear magnetic resonance inverse spectra of InGaAs quantum dots: Atomistic level structural information
自组装量子点包含了大量的原子信息，这些信息与其化学组成和生长历史有关。在存在四极核的情况下，如在InGaAs QD中，这大部分通过极性晶格内的应变与核的电四极矩之间的耦合遗传给核自旋。在这里，我们提出了一个计算研究最近推出的逆谱核磁共振技术，以评估其适用于提取这样的结构信息。我们观察到显着的化合物InAs和合金InGaAs量子点之间的光谱差异。这些都与当地的双轴和剪切应变，和当地的粘结配置。阳离子合金化起着至关重要的作用，特别是对砷核。不同核素的同位素谱线也有很大的不同：镓同位素的中心跃迁线宽度很窄，而砷和铟的中心跃迁线宽度要宽得多，并且彼此相对倾斜。分析了量子点内原子核电场梯度参数的统计分布。各种EFG轴向取向特性的后果进行了讨论。最后，抑制一阶四极移的可能性证明了通过简单地倾斜样品相对于静态磁场。
2014-11-20 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Role of Nuclear Quadrupole Coupling on Decoherence and Relaxation of Central Spins in Quantum Dots
半导体量子点中应变诱导的局域电场梯度可以耦合到核自旋的四极矩。我们发展了一个理论，描述了这种四极耦合（QC）的影响，电子和空穴的“中心”自旋定位在这样的点的自旋放大器。我们发现，当QC强度相当于或大于核与中心自旋之间的超精细耦合强度时，中心自旋的弛豫速率强烈增强，并且可以是指数的。我们证明了一个很好的协议与最近的实验自旋弛豫空穴掺杂（In，Ga）As自组装量子点。
2012-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effective Floquet Hamiltonian theory of multiple-quantum NMR in anisotropic solids involving quadrupolar spins: Challenges and Perspectives
四极核（核自旋I>1/2）对振荡射频（RF）脉冲/场的响应除了取决于脉冲的持续时间和振荡频率之外，还微妙地取决于四极耦合常数与脉冲幅度的比率。因此，在现有的理论框架内，密度算子形式主义的激发过程的分析描述仍然不太透明。作为一种替代方案，在本研究中探索的“有效Floquet哈密顿量的概念”的效用，以解释在多电平系统的激励过程的细微差别。以自旋I=3/2为例，在微扰理论的框架内，提出了一个统一的理论框架，用于描述静态各向同性和各向异性固体中多量子（MQ）跃迁的激发.四极相互作用的各向异性性质所带来的挑战，有效的哈密顿框架内解决。各种相互作用帧上的扰动校正的收敛可能发挥的作用进行了讨论，以及一个“混合方法”的建议，用于描述在各向异性固体的激发过程。采用合适的模型系统，所提出的混合方法的有效性得到证实，通过严格的数值模拟和解析方法之间的比较。
2017-06-28 quant-ph
Controlled coherent dynamics of [VO(TPP)], a prototype molecular nuclear qudit with an electronic ancilla
我们表明，[VO（TPP）]（四苯基卟啉氧钒）是一个很有前途的系统，适合实现量子计算算法的基础上编码的信息在多层次（qudit）单位。事实上，它嵌入了通过超精细相互作用耦合到核自旋7/2的电子自旋1/2，两者都具有显着的相干性。我们证明了这一点，通过广泛的宽带核磁共振研究，这使我们能够表征核自旋哈密顿量和测量自旋退相时间作为磁场的函数。此外，我们结合有针对性的测量和数值模拟表明，由电子量子比特状态调节的核自旋跃迁可以通过共振射频脉冲单独寻址和相干操纵，这要归功于非常长的相干时间和由强超精细耦合引起的有效四极耦合。这种方法可能为开发新的分子量子比特-量子系统开辟新的前景。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanically induced transparency of x-rays via optical control
寻找新的控制光-物质相互作用的方法是推动基础物理学和应用科学发展的引擎之一。一类特殊的光-物质相互作用界面是通过物质耦合不同频率的光子的装置。这种装置，在设计上不平凡，可以被赋予多功能任务。在这里，我们第一次设想了一种光学机械系统，它将光学和鲁棒的高频X射线光子连接起来，否则这些光子是非常难以控制的。X射线光学系统包括光机械腔和可移动的微杠杆，该微杠杆与光学激光器相互作用并且经由共振核散射与X射线相互作用。我们表明，在这种设置中，可以实现宽范围的光子（10 eV-100 keV）的光机械诱导透明性，从而可以通过光机械控制来调节核X射线吸收光谱。这为计量应用铺平了道路，例如，探测$^{229}$钍时钟跃迁，以及使用可见光子对X射线进行前所未有的精确控制。
2017-06-12 quant-ph
Spin Kerr-cat qubits
University of Basel（巴塞尔大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals（法赫德国王石油与矿物大学）
本文提出自旋凯尔文-猫编码，利用四极核的钟跃迁抑制噪声，提升量子比特退相干时间，通过硅中锑核参数估计实现100秒相干时间，并估算基于此编码的两量子比特门保真度可达99%。
2026-10-22 quant-ph
Multiple-quantum transitions and charge-induced decoherence of donor nuclear spins in silicon
我们研究单和多量子跃迁的核自旋的电离砷捐助者在硅和四极效应的相干时间，我们链接到波动的电场梯度后，应用光和偏置电压脉冲。为了确定在4维希尔伯特空间中的所有订单的叠加的相干时间，我们使用相位循环技术，并发现，当电效应被允许衰减，这些时间的规模如预期的类场退相干机制，如与周围的$^{29}$硅核自旋的相互作用。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically Hyperpolarized Materials for Levitated Optomechanics
Institut für Theoretische Physik（理论物理研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（综合量子科学与技术中心）
研究利用悬浮的含非永久性可控电子自旋的固体，通过超长寿命超极化核自旋环境，用于物质波干涉仪和新型NMR技术。设计了多自旋 Stern-Gerlach 类干涉协议，避免了固态晶体中电子自旋缺陷的限制，并分析了魔角旋转和自旋团块极化测量方法。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Spin 3=2 Electric Quadrupole Relaxation as a Quantum Computation
本文采用量子线路处理来描述核自旋弛豫。根据Redfield理论，我们能够通过一个模型将四极弛豫描述为自旋3/2系统的计算过程，在该模型中，环境由七个量子比特和三个不同的量子噪声通道组成。环境和自旋3/2的核之间的相互作用，然后描述的量子线路完全兼容的Redfield弛豫理论。理论预测与实验数据进行了比较，核磁共振量子位的量子信道和弛豫的简短回顾也存在。
2011-05-12 quant-ph
Proposal for room-temperature quantum repeaters with nitrogen-vacancy centers and optomechanics
本研究提出基于氮空位中心与光力学的室温量子中继器架构，结合非低温自旋光子界面与光力学技术，实现远程纠缠的建立、存储、拓展及高保真读出，证实室温固态长距离量子网络具备技术可行性。
2023-08-22 quant-ph
Proposal for room-temperature quantum repeaters with nitrogen-vacancy centers and optomechanics
我们提出了一个量子中继器架构，可以在环境条件下工作。我们的建议建立在最近的进展对非低温自旋光子接口的基础上氮空位中心，即使在室温下也具有出色的自旋相干时间，和光学力学，这使得可以避免声子相关的退相干，也允许发射的光子在电信波段。我们应用光子数分解方法来量化两个远程电子自旋之间建立纠缠的保真度和效率。我们描述了如何纠缠可以存储在核自旋，并通过涉及电子和核自旋的准确定性纠缠交换操作扩展到长距离。此外，我们提出了计划，以实现高保真度读出的自旋状态在室温下使用的自旋光力学接口。我们的工作表明，由室温下运行的固态组件制成的长距离量子网络是当前技术能力所能达到的。
2022-03-29 quant-ph
Environment-imposed selection rules for nuclear-spin conversion of H$_2$ in molecular crystals
Institute for Physical Science and Technology, University of Maryland（马里兰大学物理科学与技术研究所）；Department of Chemistry and Biochemistry, University of Maryland（马里兰大学化学与生物化学系）
研究通过分子晶体场的张量组成实现核自旋转换规则的施加与放松，揭示晶体场张量等级与核自旋动力学的直接关联，为设计和控制分子固体中的自旋异构体和量子态连接提供新框架。
2025-10-17 quant-ph
Coherent electrical control of a single high-spin nucleus in silicon
核自旋是高度相干的量子物体。在大型集合中，通过磁共振对其进行控制和检测被广泛利用，例如在化学、医学、材料科学和采矿中。核自旋也是量子信息处理的早期想法和演示的特色。将这些想法按比例放大需要控制单个原子核，这些原子核在与电子耦合时可以被检测到。然而，需要通过振荡磁场来寻址原子核，这使得它们在多自旋纳米级设备中的集成变得复杂，因为场不能被局部化或屏蔽。通过电场的控制可以解决这个问题，但以前的方法依赖于通过电子-核超精细相互作用将电信号转换成磁场，这严重影响了核相干性。在这里，我们展示了一个单一的锑（自旋-7/2）核的相干量子控制，使用局部电场内产生的硅纳米电子器件。该方法利用了1961年首次提出的想法，但从未在单个原子核上实现过。我们的研究结果定量支持的微观理论模型，揭示了纯电调制的核电四极相互作用，在晶格应变的存在下，在相干核自旋跃迁的结果。自旋退相时间为0.1秒，超过了通过需要耦合电子自旋用于电驱动的方法获得的那些数量级。这些结果表明，高自旋四极核可以作为混沌模型，应变传感器和混合自旋力学量子系统，使用全电控制。将电子可控的原子核与量子点结合起来，可以为可扩展的基于原子核和电子自旋的硅量子计算机铺平道路，这种计算机不需要振荡的磁场。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effects of Phase Cycling on Quantum Coherence Pathways in Satellite Transition Magic Angle Spinning Experiments
利用多量子实验分辨四极核核磁共振谱中的宽峰。本文研究了单量子卫星跃迁魔角自旋实验中射频脉冲的相位循环。特定脉冲序列是移位回波序列，其中脉冲的相位根据相干选择规则而变化。实验在SiO $_2$的$^{17}$ O富集样品上进行。结果表明，一定的相位序列可以降低谱峰的半高宽。
2014-01-29 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
Wavelet-resolved coherence beats in the Overhauser field of a thermal nuclear spin ensemble
这项工作引入了所谓的同步压缩小波变换，揭示了偶极波动的热合奏的核自旋在金刚石晶体结构，超精细耦合到一个中心的自旋。利用集团关联展开法计算两点关联函数，得到了核自旋浴相干动力学的原始时间序列。动力学可以方便地分析根据零，单，双量子跃迁来自偶极成对自旋翻转。我们发现，在早期的行为时，在自旋系综的相干性被保存，欧弗豪泽场的波动调制的偶极-偶极诱导的小的非均匀失谐的近共振跃迁内浴。由此产生的拍频在相对较长的时间间隔内延伸，其特征在于尺度图上同时揭示了核自旋噪声的时间和光谱行为。此外，影响更快动力学的第二种拍频很容易辨别，它源于每个原子核与中心自旋的超精细耦合的不均匀扩散。此外，浴内的任何四极核都印刻为驻留在零量子信道中的跳动。核自旋环境可以通过定向超精细轴来定向探测。因此，关于围绕中心自旋的紧密分离的自旋团簇的关键空间信息是可访问的。因此，基于小波的后处理可以促进近端核自旋的识别，如由它们在尺度图上的独特跳动模式所揭示的。最后，当这些功能是压倒无论是弱耦合或强耦合的经典噪声源，我们证明了阈值技术在小波域去噪污染的尺度图的功效。
2022-03-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Direct high resolution resonant Raman scattering measurements of InAs quantum dot dynamic nuclear spin polarization states
我们报告的直接测量的电子自旋分裂和伴随的核Overhauser（OH）场，从而潜在的核自旋极化（NSP）和波动带宽，在一个单一的InAs量子点共振激发条件下前所未有的光谱分辨率。电子自旋分裂是通过超导纳米线探测的共振自旋翻转单光子拉曼散射直接测量的，以产生激发-发射能量图。观察到的二维地图揭示了OH场，具有非线性依赖于激发频率。这项研究提供了新的见解，早期的报告，所谓的回避和跟踪，显示两个不同的NSP的反应，直接通过添加一个发射能量轴。数据表明，极化过程取决于光学驱动的电子自旋状态，每种情况下的极化波动都有惊人的差异：在一种情况下，以单峰分布为特征的稳定场随着激光激发频率单调地移动，导致在宽失谐范围上几乎恒定的光学相互作用强度，而在另一种情况下，先前报道的避免行为实际上是在零失谐附近对激光激发频率的非线性依赖性的结果，导致在两个不同的介观核自旋状态之间切换。场的大小，这是高达400 mT，测量与子100核自旋灵敏度。观察到OH场分布的稳定/不稳定点，这是由于电子-三离子-核系统中的非线性反馈回路。核自旋极化状态切换发生在不同的字段之间的160 mT至少快25 ms。对照实验表明，应变引起的四极相互作用可以解释测量的OH字段。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Error Corrected Spin-State Readout in a Nanodiamond
量子态读出是量子技术的关键组成部分，包括在传感、计算和安全通信中的应用。可以通过重复读出来增强读出保真度。然而，重复读出的数量受到测量反作用的限制，测量反作用改变了被测量的量子态。这种不利影响可以通过将量子态存储在辅助量子比特中来克服，选择辅助量子比特以抵抗测量反作用并允许纠错。在这里，我们保护电子自旋状态的金刚石氮空位中心的测量反作用使用一个强大的多级14 N核自旋存储器和执行重复读出，如在以前的工作中所示的散装金刚石设备。我们实现了额外的保护，使用纠错的基础上的量子逻辑的相干反馈反向测量反作用。重复的自旋读出方案提供了一个13倍的增强读出保真度超过传统的读出和纠错的2倍的改善信号。这些实验证明了在~25 nm纳米金刚石内与其宿主14 N核自旋耦合的氮空位中心电子自旋的完全量子控制，为纳米级量子传感创建了灵敏且生物相容的平台。我们的误差校正重复读出方案是特别有用的四极核磁共振成像在低磁场制度，传统的重复读出遭受强测量反作用。更广泛地说，这里描述的用于校正纵向（位翻转）误差的方法可以用于改进需要非易失性本地存储器的量子算法，例如用于高分辨率感测的相关光谱测量。
2018-12-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cat-state generation and stabilization for a nuclear spin through electric quadrupole interaction
自旋猫态是两个或多个相干自旋态（CSS）的叠加，它们在布洛赫球上明显分离。此外，角动量大于1/2的核具有四极电荷分布。在这两种现象的交叉点，我们设计了一个简单的方案，用于产生各种类型的核自旋猫态。在应变固态系统中容易获得的本机双轴电四极相互作用在这里起着关键作用。然而，内置应变不能被关闭的事实对目标猫状态的稳定性提出了挑战，一旦它们被制备。我们补救这一点，突然转向通过一个单一的旋转脉冲的状态演变的不动点附近的基础经典哈密顿流。最佳工艺参数作为电场梯度双轴性和核自旋角动量的函数。在与最佳值的5%偏差下，整个程序具有稳健性。我们发现，更高层次的猫态与四个叠加CSS也可以形成使用三个旋转脉冲。最后，对于具有退相干的开放系统，我们给出了猫态保真度阻尼随自旋量子数的标度。这表明速率大于单个CSS的失相。然而，我们的研究结果证实，这些猫态可以保持其实际有用的持续时间下，目前可达到的退相干水平。
2017-08-05 cond-mat.other quant-ph
Electro-mechano-optical detection of nuclear magnetic resonance
核磁共振（NMR）的信号接收通常依赖于由核感应引起的电动势的电放大。在这里，我们报告上转换的射频NMR信号的光学制度，使用高应力氮化硅膜，接口的电气检测电路和光学腔通过机电和光机械耦合。这使得光学NMR检测，而不牺牲传统的核感应方法的多功能性。虽然信噪比目前受到膜的布朗运动以及附加技术噪声的限制，但我们发现通过增加机电耦合强度，它可以超过传统的电方案。本文提出的机电光核磁共振检测方法为核磁共振信号的机械参量放大提供了可能性。此外，它可以潜在地与应用于核自旋的激光冷却技术相结合。
2018-02-07 physics.chem-ph quant-ph
Molecule-photon interactions in phononic environments
本文以开放量子系统方法研究晶体中客体分子在声子环境下的非平衡振动动力学，揭示马尔可夫/非马尔可夫弛豫、集体类亚/超辐射效应及极化激元串扰。
2023-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Site-resolved imaging of beryllium ion crystals in a high-optical-access Penning trap with inbore optomechanics
我们提出了一个实验系统的设计，建设和表征，能够支持广泛的量子模拟实验与数百个自旋量子比特使用Be-9离子在潘宁陷阱。本文详细介绍了核心光学和捕获子系统及其集成。我们首先描述了分离装载区和实验区的双阱设计以及相关的真空基础设施设计。实验区陷阱电极被设计用于广角光学访问（例如，用于设计跨大离子晶体的自旋运动耦合的激光器），同时提供谐波捕获电势。我们描述了一个近零损耗的液体制冷剂为基础的超导磁体，采用在两个捕获和建立一个量子化场的离子自旋状态，并配备了一个双级远程电机LN 2LHe再冷凝器。使用核磁共振（NMR）探头的实验测量表明，百万分之一的均匀性超过7毫米直径的圆柱体体积，从脉冲管操作测得的NMR线宽没有明显的影响。接下来，我们描述了一个定制的工程inbore光学机械系统，提供紫外线（UV）激光的陷阱，并支持多个对齐的光学物镜的顶部和侧视图成像在实验陷阱区域。我们描述的设计选择，包括使用非磁性测角仪和精密对准的平移阶段。此外，光学机械系统集成了UV兼容的纤维光学，其将系统的对准与远程光源解耦。使用该系统，我们提出了现场解决的离子晶体的图像，并展示了通过控制旋转壁电极和径向激光束来实现平面和三维离子阵列的能力。展望未来的工作，我们包括干涉。
2019-05-07 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Searches for massive neutrinos with mechanical quantum sensors
量子光学力学的发展现在允许在量子范围内控制和测量具有飞秒质量的机械传感器。如果机械元件包含经历核衰变的同位素，则测量衰变后传感器的反冲允许重建所有发射粒子的总动量，包括可能在传统检测器中逃脱检测的任何中性粒子。作为一个例子，对于弱核衰变，发射中微子的动量可以在逐个事件的基础上重建。我们提出的概念，一个单一的纳米尺度，光学悬浮传感器的灵敏度接近标准量子极限的操作可以搜索重无菌中微子的keV-MeV的质量范围内的灵敏度显着超出现有的限制。我们还评论的可能性，机械传感器运作良好的量子制度可能最终达到所需的灵敏度，提供一个绝对测量的质量轻中微子状态。
2023-02-14 hep-ex hep-ph nucl-ex
