Implementation of Liouville space search algorithm on strongly dipolar coupled nuclear spins
Liouville空间搜索算法[Schlichweiler，Phys. Rev. Lett. { \bf 85}，4815（2000）.]利用系综的混合初始状态，并且已经在弱耦合自旋中较早地成功实现，其中自旋可以被识别为量子位。最近已经证明，n-强耦合自旋可以被集体视为n-量子比特系统。算法在这样的系统中的应用需要使用跃迁选择性脉冲而不是量子位选择性脉冲的新方法。这项工作开发了Liouville空间搜索算法的修改版本，该算法适用于强耦合和弱耦合自旋。该算法的所有步骤都可以通过使用过渡选择脉冲来实现。在强偶极耦合四量子比特系统上进行了实验实现。
2009-09-23 quant-ph
Selective decoupling and Hamiltonian engineering in dipolar spin networks
我们提出了一个协议，选择性地去耦，再耦合，和工程师在介观偶极自旋网络的有效耦合。特别是，我们开发了一个多功能的协议，依赖于魔角旋转执行哈密顿工程。通过使用全局控制场结合局部致动器，例如位于核自旋网络附近的金刚石氮空位中心，可以实现对有效耦合的全局和局部控制。我们表明，由此产生的有效哈密顿量可以很好地理解内一个简单，直观的几何图片，并证实其有效性进行精确的数值模拟少体系统。我们的方法的应用是在新兴领域的二维室温量子模拟器在金刚石平台，以及偶极耦合极性分子网络。
2017-10-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Momentum-selective pair creation of spin excitations in dipolar bilayers
该研究针对实现自旋1/2量子XXZ模型的二维偶极双层体系，预测了自旋动力学不稳定性引发的动量选择性激发对产生现象，其特性可通过多参数调控，且适用于当前多种量子实验平台。
2023-07-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Long-lived selective spin echoes in dipolar solids under periodic and aperiodic pi-pulse trains
应用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）$π-$序列对系统与环境进行动态解耦已在各种物理系统中得到广泛研究。当应用于偶极固体时，最近的实验表明，CPMG脉冲序列可以产生长寿命的自旋回波。虽然对于CPMG序列下这些长寿命自旋回波的起源仍存在一些争议，但普遍认为$π-$脉冲期间的脉冲误差是必要的要求。本文建立了描述偶极耦合自旋1/2系统在CPMG（$ϕ_{1},ϕ_{2}$）脉冲训练下自旋动力学的理论，其中$ϕ_{1}$和$ϕ_{2}$是$π-$脉冲的相位.从我们的理论框架来看，CPMG（$ϕ_{1},ϕ_{2}$）脉冲训练的传播子等效于具有相位$\pm\frac{ϕ_{2}-3ϕ_{1}}{2}$的单量子相干性的有效"脉冲“自旋锁定，其产生对应于长寿命回波的周期性准平衡。数值模拟，以及实验上的磁稀释，随机自旋网络中发现的C $_{60}$和C $_{70}$和非稀释自旋系统中发现的金刚烷和二茂铁，进行并确认从所提出的理论的预测。
2013-12-04 cond-mat.other quant-ph
Hamiltonian Characterization for Dipolar Coupled Spin Systems
由于偶极耦合自旋系统的光谱非常复杂，测量它们的哈密顿量通常是一项困难的任务。目前，具有未知几何结构和低对称性的分子是非常繁琐的或不可能通过纯粹的光谱拟合进行分析。我们提出了一种新的方法，解决了光谱分析的问题，并报告实验结果提取，光谱拟合，具有非常低的对称性结构的定向6-自旋系统的参数，而不使用先验知识或假设的分子几何形状或序参量。我们的方法的优点是实现了与使用一种新的光谱分析算法- NAFONS（非重复频率优化的NMR光谱），并通过使用过渡选择性脉冲获得的简化的光谱。这一新方法突破了偶极耦合自旋系统谱分析的局限性，对量子计算和分子结构分析等相关领域具有重要意义。
2013-12-09 quant-ph
Efficient decoupling and recoupling in solid state NMR for quantum computation
提出了一种偶极耦合自旋大网络的解耦和选择性再耦合方案。该方案依赖于宽带的组合，去耦脉冲序列施加到所有的核自旋与带选择性脉冲序列的单自旋旋转或再耦合。选择性耦合所需的进化时间开销是独立的自旋的数量，受时间尺度的限制，我们讨论的可行性。该方案可以提高固态NMR量子计算架构的可扩展性。
2004-11-15 quant-ph
Selective pulse implementation of two-qubit gates for spin-3/2 based fullerene quantum information processing
我们提出了两种在内嵌富勒烯$N@C_{60}$或$P@C_{60}$上实现双量子比特量子门的可行方案。量子位存储在掺杂原子$N$或$P$的电子自旋自由度中。利用两个相邻富勒烯之间的磁偶极耦合，利用选择性微波脉冲和再聚焦技术实现了两量子比特受控非门和两量子比特条件相位门。我们将讨论为使我们的建议具有普遍性而采取的其他必要步骤。我们还将表明，我们的建议是有用的量子门控和量子信息从基于自旋的量子比特状态的读出。
2004-07-05 quant-ph
Dipolar atomic spin ensembles in a double-well potential
实验研究了位于光偶极阱中的自旋为3的超冷磁性原子系综的自旋动力学。我们使用射频扫描来选择性地翻转其中一个阱中的原子的自旋，这产生了两个分离的相反极化的自旋域。我们观察到，这些工程自旋域是亚稳态的两个合奏之间的长程磁偶极相互作用。云间偶极自旋交换过程的缺乏揭示了一个经典的行为，与以前的结果与原子加载在光晶格。当我们合并这两个子系统时，我们观察到了由于接触相互作用引起的自旋交换动力学，这使得我们能够首次确定52 Cr原子在S=0分子通道中的s波散射长度a_0=13.5^{+11}-10.5}a_B（其中a_B是玻尔半径）。
2014-07-30 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Magnetosensitivity in dipolarly-coupled three-spin systems
自由基对机理是研究化学反应过程磁敏性的经典模型。该模型的关键成分是超精细相互作用，诱导的单重态和三重态电子自旋状态的自由基对的相干混合，从而促进磁场效应（MFE）的反应产率通过自旋选择性反应通道。我们表明，超精细相互作用不是实现自由基反应对弱磁场敏感性的绝对要求。我们建议，在系统中，包括三个而不是两个自由基，偶极相互作用提供了一个替代途径的MFE。通过考虑对称性和能级交叉的作用，我们提出了一个模型，该模型展示了一个方向的灵敏度弱于地磁场和显着的尖峰在反应产率的函数的磁场强度，这些影响，而且可以调谐的交换相互作用。我们的研究结果进一步了解了弱磁场对化学反应的影响，可以为更清楚地了解磁感受和其他生物MFE的奥秘铺平道路，并激励量子传感器的设计。此外，这种现象将影响固态量子信息处理中使用的自旋系统，并且也可以应用于自旋电子学。
2018-09-03 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum Information Processing by NMR using strongly coupled spins
量子信息处理（QIP）的巨大理论潜力推动了人们对通过各种物理技术实现其实际应用的追求。目前，核磁共振（NMR）已成为演示大多数量子算法的先行者。在NMR中，由耦合的核自旋组成的自旋系统被用作量子比特。为了实现QIP，自旋系统必须满足两个主要要求：（i）量子位可寻址性和（ii）量子位之间的相互耦合。已经证明，通过在液晶矩阵中定向自旋系统并利用剩余偶极耦合，可以增加量子比特之间的互耦合的幅度。虽然利用剩余偶极耦合可以用于增加量子位的数量，但是相同种类的核（同核）可能变得强耦合。在强耦合的自旋系统中，自旋失去了它们作为量子比特的个体身份。我们提出，即使是这样的强耦合自旋系统可以用于QIP和量子位操纵可以实现的过渡选择性脉冲。在强耦合的2、3和4自旋系统中，我们演示了赝纯态的实验制备、最大纠缠态的产生、逻辑门的实现以及Deutsch-Jozsa（DJ）算法的实现.利用Z-COSY实验获得了强耦合3自旋和4自旋系统的能级。
2003-11-24 quant-ph
Multiple Rabi Splittings under Ultra-Strong Vibrational Coupling
从分子液体提供的高振动偶极强度，我们证明了分子振动可以超强耦合到多个IR腔模式，拉比分裂达到振动频率的$24\%$。作为超强耦合制度的证明，我们的实验数据明确地揭示了来自相互作用能中的反共振项和分子振动本身的偶极自能对极化激子动力学的贡献。特别是，我们测量了一个真正的振动极化激元带隙CA的开放。$60$ meV。我们还证明了多模分裂效应定义了一个完整的振动梯形的重极化激元状态完美解决。这些研究结果揭示了广泛的可能性，在振动的超强耦合制度，影响这种耦合系统的光学和分子性质，特别是在模式选择性化学的背景下。
2016-09-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin-resolved quantum-dot resonance fluorescence
在寻求物理上可实现的量子信息科学（QIS）基元的过程中，自组装量子点（QD）充当光子（飞行）量子比特源和电子自旋陷阱的双重角色;原型静止量子比特。在这里，我们证明了第一次观察到的自旋选择性，近背景自由和变换限制的光子发射从共振驱动的量子点跃迁。共振荧光的标志，即当光学跃迁被共振驱动时散射光子光谱中的Mollow三重态，被呈现为从原始驱动场光谱隔离感兴趣的光子的自然方式。我们继续证明，两个自旋标记的光子状态的相对频率的调谐独立于所施加的磁场通过自旋选择动态斯塔克效应引起的非常相同的驱动激光。该演示使具有挑战性的QIS建议，如线性光学量子计算，自旋光子纠缠，偶极相互作用介导的量子逻辑门的预言单光子产生的实现。从光谱学的角度来看，自旋选择性动态斯塔克效应独立地调谐在基态和激发态中的QD自旋态分裂，从而实现先前不可访问的机制，用于介观自旋系统的受控探测。
2008-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
The sensitivity of a radical pair compass magnetoreceptor can be significantly amplified by radical scavengers
鸟类具有从地球磁场中获取导航信息的非凡能力。这种罗盘感的主要检测机制尚不确定，但似乎涉及隐花色素蛋白质中瞬时形成的自由基对的量子自旋动力学。我们在这里提出了一个新版本的当前模型中，自旋选择性重组的自由基对是不必要的。两个自由基之一被想象为通过自旋选择性电子转移与顺磁性清除剂反应。通过模拟隐花素激发的自由基对的自旋动力学，我们表明，新方案提供了两个明确的和重要的好处。对50 μT磁场的敏感性大大增强，并且与当前模型不同，磁感受器蛋白中的自由基可以相距超过2 nm。后者意味着具有色氨酸电子供体的四分体（而不是三分体）的动物隐花色素仍然可以被期望作为磁罗盘传感器。解除对自旋选择性复合反应速率的限制也意味着，通过将自由基放置得比当前模型中更远，可以最小化自由基间交换和偶极相互作用的有害影响。
2017-09-15 physics.bio-ph quant-ph
Scalable quantum register based on coupled electron spins in a room temperature solid
实现基于量子定律的设备可能会导致构建性能优于经典类似物的处理器，并建立无条件安全的通信协议。固体通常对量子相干性提出了严峻的挑战。然而，由于它们的无自旋晶格和低自旋轨道耦合，碳材料，特别是金刚石适合于承载鲁棒的固态量子寄存器。我们表明，可扩展的量子逻辑元件可以实现通过探索与单独的颜色中心在钻石中的可单独寻址的单电子自旋之间的长距离磁偶极耦合。耦合的强距离依赖性被用于表征单个量子位98 A的分离，其具有接近晶格间距的前所未有的精度（3 A）。我们对电子自旋、条件动力学、选择性读出以及可切换相互作用的相干控制的演示为室温固态可扩展量子寄存器开辟了道路。由于两个电子自旋都是光学可寻址的，这种在环境条件下工作的固态量子器件提供了目前仅适用于原子系统的控制程度。
2010-04-28 quant-ph
Evolution towards quasi-equilibrium in nematic liquid crystals studied through decoherence of multi-spin multiple-quantum coherences
通过多自旋多量子相干的去相干研究向列液态晶体中准平衡态的演化，揭示了不可逆绝热去相干的本征选择现象。
2025-12-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Purification of an unpolarized spin ensemble into entangled singlet pairs
核自旋系综的动力学极化对于磁共振研究、精密传感和量子信息理论的应用具有重要意义。在这里，我们提出了一个计划，以产生长寿命的单重态对的非极化核自旋系综是偶极耦合到金刚石中的氮空位中心的电子自旋。由NV中心的频繁自旋选择性读出引起的量子力学反作用允许核自旋配对成最大纠缠的单态对。反直觉地，对形成的鲁棒性去相位噪声提高与自旋系综的大小增加。我们还展示了如何配对的核自旋状态允许增强检测能力的NV中心的钻石。
2017-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.chem-ph
Vector spin polarization evolution determined in an entangled muon-fluorine system under pulsed excitation
本研究针对氟化物中纠缠的μ子-氟自旋系统，通过射频激发结合正电子三维分布读出重构μ子自旋极化演化，实现自旋回波观测与双共振操控，为纠缠自旋系统探测提供新方法。
2025-10-21 cond-mat.str-el quant-ph
Driven spin dynamics enhances cryptochrome magnetoreception: Towards live quantum sensing
University of Exeter（埃克塞特大学）
研究通过调控隐花色素中自旋系统距离，增强磁感受灵敏度，揭示自旋跃迁对地磁场检测的提升作用。
2022-06-15 physics.bio-ph physics.comp-ph quant-ph
Adiabatic quantum decoherence in many non-interacting subsystems induced by the coupling with a common boson bath
在开放量子系统理论框架下，研究了玻色子场耦合多体自旋系统的量子绝热退相干。我们推广了传统的自旋玻色子模型，通过考虑一个系统-环境相互作用的哈密顿量，它代表了一个分区的非相互作用的子系统，并突出了集体的相关性，出现专门由于与一个共同的环境的耦合。值得注意的是，这个简单的、精确可解的模型包含了多体开放量子系统的相关方面，并具有当尺寸扩展到宏观水平时出现的微妙的量子效应。我们推导出一个解析表达式的密度矩阵的时间依赖性，而不假设粗粒化。所得到的退相干函数是本征选择性的，并且是一个复指数，其指数具有引入类似于自旋玻色子模型中的衰变的实部。相反，虚部取决于整个分区的量子数和几何形状，并且不反映系统温度。出于在固态NMR的退相干，我们应用的理论结果的偶极耦合自旋对在一个共同的声子浴接触的分区，使用典型的参数的水合盐。该建议允许估计的退相干时间尺度的系统物理常数。作为一个显著的新颖性，退相干函数相位依赖于整个样本的本征值分布。它起着主导作用，掩盖了与浴热状态相关的机制。最后，我们应用该方法描述了“魔术回波”核磁共振反转实验中的退相干现象。我们发现，系统-环境的相关性解释了起源的不可逆性，和退相干率值和它的依赖于偶极频率，是非常相似的实验。
2021-10-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Multirate characterization of relaxation mechanisms for two nonequivalent nuclear spins 1/2 in a liquid using maximally entangled pseudo-pure quantum states
Felix Bloch Institute for Solid State Physics, University of Leipzig（莱比锡大学菲利克斯·布洛赫固体物理研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Institute for Theoretical Physics, University of Leipzig（莱比锡大学理论物理研究所）
本文通过双速率方法研究液态中两个非等价核自旋1/2的弛豫机制，结合实验和理论分析，揭示了弛豫机制的非传统来源及自旋对内磁偶极相互作用的普遍性。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.stat-mech
