Electrical manipulation of semiconductor spin qubits within the g-matrix formalism
我们讨论了线性响应机制中自旋量子比特的电操纵模型，其中拉比频率与磁场和射频电场激发成正比。我们表明，拉比频率可以从一个广义的g-张量磁共振公式具有g-矩阵和其衍生物g'相对于电场（或栅极电压）作为输入。这些矩阵可以很容易地从零磁场下量子比特的波函数计算出来。因此，g-矩阵形式以非常低的计算成本提供了拉莫尔和拉比频率对磁场取向的完全依赖性。它还提供了一个紧凑的模型控制的量子位，和一个简单的框架分析对称性的影响的各向异性的拉莫尔和拉比频率。g-矩阵形式主义适用于各种各样的电子和空穴量子比特，我们专注于绝缘体上硅纳米线中的空穴量子比特作为说明。我们表明，拉比频率的量子位显示出复杂的依赖于磁场的方向，并控制孔的波函数的对称性的栅极电压。我们指出，量子位可以有利地在两个偏置点之间切换，一个是可以有效地操纵的，另一个是与门场解耦但可能寿命更长的。我们还讨论了残余应变在这些设备中的作用，在最近的实验。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum simulations and experiments on Rabi oscillations of spin qubits: intrinsic {\sl vs} extrinsic damping
电子顺磁共振实验表明，自旋量子比特系综的拉比振荡的衰减明显取决于微波功率，更准确地说，取决于拉比频率，最近被称为“驱动退相干”的效果。通过直接数值求解关联多体系统的含时薛定谔方程，我们详细研究了可能导致这种退相干的不同机制。假设耗散的影响是可以忽略不计的（$T_1=\infty$），它表明偶极耦合自旋系统-甚至弱-随机不均匀性是足以解释的显着特点的实验观察。一些实验例子来说明数值模拟方法的潜力。
2011-12-12 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph quant-ph
Electrical detection of spin echoes for phosphorus donors in silicon
通过回波断层扫描的自旋回波的电检测被用来观察退相干过程与硅中的磷施主电子的自旋状态的SiO $_2$界面附近的电读出。使用Carr-Purcell脉冲序列，观察到具有$1.7\pm0.2 \rm{μs}$的时间常数的回波衰减，与供体和顺磁界面状态之间的相互作用的理论建模良好一致。因此，电自旋回波层析成像可用于研究实际自旋量子位器件中的自旋动力学，以进行量子信息处理。
2007-12-02 quant-ph
Rabi-Bloch Oscillations in Spatially Distributed Systems: Temporal Dynamics and Frequency Spectra
我们考虑了一维隧穿耦合二能级量子系统链。该链是由强耦合区的直流和交流场的叠加驱动的。基于电动力学和量子理论的基本原理，我们建立了一个不受旋波近似（RWA）约束的广义量子动力学模型。对运动方程组进行了数值研究。我们分析了反转密度、偶极电流密度和隧穿电流密度的动力学和谱。在与交流分量的共振相互作用的情况下，粒子动力学表现出自己的振荡制度，这可以被解释为拉比振荡和布洛赫振荡的组合与它们的强烈的相互影响。这种情况下，一个斜入射交流场显着不同的个人图片两种类型的振荡，由于相互作用。这种新颖的效果是违反直觉的，因为这两种类型的振荡存在的强烈不同的频率范围。这种动力学表现在多线光谱在不同的拉比和布洛赫频率的组合。该效应有望作为纳米电子学和纳米器件电控的新型光谱学的框架。
2017-06-04 quant-ph
Quantum-Device Simulation of Optical Decoherence of Hole-Spin Qubits in Self-Assembled Quantum Dots
McGill University（麦吉尔大学）；Nanoacademic Technologies Inc.（纳米学术技术有限公司）
本文开发器件级建模工作流，模拟自组装量子点中空穴自旋量子比特的光学退相干，揭示磁场、光功率、量子点高度对拉比振荡的影响，提出需协同优化器件相关参数以抑制退相干。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multielectron dots provide faster Rabi oscillations when the core electrons are strongly confined
增加静电限制量子点中的电子数量可以实现更快的量子位门。虽然这已经被实验证明，但缺乏详细的定量理解。在这里，我们研究了一个和三个电子的量子点在硅/硅锗异质结的背景下，电驱动的自旋共振（EDSR）使用全组态相互作用和紧束缚的方法。我们的计算表明，非谐约束势起着重要的作用：而EDSR拉比频率的电子在谐波电位是无关紧要的电子数，软非谐约束导致较大的和硬非谐约束导致较小的拉比频率。我们还证实，双点允许快速拉比振荡，并进一步表明，有目的地设计的限制也可以产生类似的快速拉比振荡在一个单一的点。最后，我们讨论了接口步骤的作用。这些发现对多电子Si/SiGe量子点量子比特的设计具有重要意义。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave response of electrically driven spins in a three-qubit quantum processor
University of California – Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；HRL Laboratories, LLC（HRL实验室有限责任公司）
研究了三量子位量子处理器中电驱动自旋的微波响应，发现Rabi频率与驱动幅度成线性关系，且非共振驱动引起的共振频率位移与时间漂移相当，表明非线性响应并非普遍特征。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrical Coherent Control of a Single Rare-earth Spin Qubit
Center for Quantum Nanoscience (QNS), Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究所量子纳米科学中心）；Ewha Womans University（梨花女子大学）
本研究实现了单个与Ti原子交换耦合的Er电子自旋的全电控相干操控，利用扫描隧道显微镜电子自旋共振揭示其各向异性，使拉比频率提升10倍，为稀土自旋操控开辟新路径。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bichromatic Rabi Control of Semiconductor Qubits
本文针对半导体自旋量子比特在大型阵列中的寻址与偏共振驱动难题，提出并实验验证了基于双色微波驱动的量子点空穴自旋相干拉比控制方法，揭示了交流斯塔克位移引起的多色共振与反交叉现象，并确认点间运动是其主要驱动机制。
2025-01-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Giant Rabi frequencies between qubit and excited hole states in silicon quantum dots
该研究理论上扩展了硅量子点中空穴自旋量子比特的跃迁分析至第一激发二重态，发现其拉比频率比基态高出数个数量级，且可通过偏压调谐，对多能级操控和多空穴编码有启示。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical detection of 31P spin quantum states
近年来，各种各样的固态量子比特已经被实现，包括量子点、超导隧道结和点缺陷。由于其与现有微电子学的潜在兼容性，Kane基于Si中的磷供体的提议也得到了深入的研究。这个概念的关键问题是P量子态的读出。虽然磁共振的电测量已经在单自旋上进行，但这些基于随机电报噪声测量的实验的统计性质阻碍了单自旋状态的读出。在这封信中，我们证明了测量的自旋状态的P施主电子在硅和观察拉比触发器的纯电手段，通过相干操纵的自旋相关的载流子复合之间的P施主和顺磁局域态在Si/SiO2界面通过脉冲电检测磁共振。电子自旋信息被证明是通过与P核的超精细相互作用耦合的，这表明了基于重组的核自旋读出的可行性。
2006-07-25 quant-ph
Electron wavefunction probing in room-temperature semiconductors: direct observation of Rabi oscillations and self-induced transparency
自爱因斯坦的基本预测和拉比后来的工作以来，量子相干光-物质相互作用一直处于科学兴趣的前沿。量子相干相互作用的直接观测需要探测电子波函数，这要求物质的电子态在测量期间不退相，这一条件可以通过延长相干时间或缩短观测时间来满足。半导体中短的退相时间决定了迄今为止报道的所有相干效应都只能在低温下直接记录。在这里，我们报告的第一个直接电子波函数探测在室温半导体。采用超快的表征方案，我们已经证明了拉比振荡和自诱导的透明度，在电驱动，室温半导体激光器放大器，揭示了最亲密的细节的光-物质相互作用的日期。在高温下工作的固态介质中利用量子效应的能力，将最终把真正的量子力学概念带入实际设备的领域。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin control by electrical manipulation of the magnetic anisotropy
极性压电氧化锌中的高自旋顺磁锰缺陷在低温下表现出简单的几乎轴向各向异性和毫秒量级的相位相干时间。各向异性能是可调的使用外部施加的电场。这可用于电控制自旋叠加的相位，并利用共振微波电场驱动自旋跃迁。
2012-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Rabi oscillations induced by nonresonant gyrating drive
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；HUN-REN-BME-BCE Quantum Technology Research Group, Budapest University of Technology and Economics（匈牙利研究与教育网络-布达佩斯技术与经济大学-布达佩斯经济与商业学院量子技术研究组）
RING机制通过非共振几何驱动实现两个水平量子系统的相干Rabi振荡，无需共振能量交换，具有高通噪声过滤和非阿贝尔相位访问能力。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room Temperature Electrically Detected Nuclear Spin Coherence of NV Centers in Diamond
我们证明了在室温下NV中心的$^{14}$ N核自旋相干性的电检测。核自旋是量子信息器件和量子传感器中的量子存储器的候选者，因此核自旋相干性的电学检测对于开发和集成此类量子器件至关重要。在本研究中，我们使用脉冲电探测电子-核双共振技术测量室温下NV中心$^{14}$ N核自旋的Rabi振荡和相干时间（$T_2$）。我们在室温下观察到$T_2 \approx$ 0.9 ms。我们的研究结果将为开发新型的基于电子和核自旋的金刚石量子器件铺平道路。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-Fast All-Electrical Universal Nano-Qubits
本文提出在磁性衬底上的有限石墨烯纳米带中利用单重态-三重态带内态构建全电可控纳米自旋量子比特，并通过电场诱导量子淬火实现Bloch球任意旋转与10 GHz以上Rabi振荡。
2024-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
针对水溶液环境中纳米尺度传感的挑战，提出在光捕获荧光纳米金刚石中利用氮空位中心进行弛豫测量，实现对顺磁离子Gd3+的高度可重复纳摩尔灵敏度检测，并结合理论模型为生物相关条件下的顺磁离子传感奠定基础。
2024-11-20 physics.bio-ph quant-ph
Exciton-polaron complexes in pulsed electrically-detected magnetic resonance
已经提出了几种微观途径来解释在有机半导体中观察到的大的磁效应，但是识别和表征哪个微观过程实际上影响整体磁场响应是具有挑战性的。脉冲电检测磁共振提供了一个理想的平台，为这项任务，因为它本质上监测的载流子的利益，并提供动态信息，这是无法通过传统的磁导测量。在这里，我们开发了一个通用的时域理论来描述自旋依赖的激子-电荷复合物的顺磁中心通过电子自旋共振相干操纵后的反应。一般的哈密顿量的处理，它表明，激子极化子复合物的跃迁频率和共振位置可以用来估计种间耦合。这项工作还提供了一个一般的形式主义分析多脉冲实验，可用于提取弛豫和传输率。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electrical Control of Coherent Spin Rotation of a Single-Spin Qubit
氮空位（NV）中心是金刚石中具有光学活性的原子缺陷，由于其优异的量子相干性和在真实环境中的多功能性，在量子传感、网络和计算应用中引起了极大的兴趣。开发基于NV的量子操作平台的关键挑战之一是由于难以以可扩展的、节能的方式本地寻址各个NV自旋的量子自旋状态。在这里，我们报告了在NV-磁体为基础的混合量子系统的单自旋量子比特的相干自旋旋转速率的电控制。通过利用电产生的自旋电流，我们能够实现磁阻尼和由微米尺寸的共振磁体产生的偶极场的振幅的有效调谐，从而实现NV自旋的拉比振荡频率的电控制。我们的研究结果突出了NV中心在设计下一代量子信息技术的功能混合固态系统方面的潜力。NV中心和磁性绝缘体所携带的传播自旋波之间的耦合进一步指出了在遥远的自旋量子比特之间建立宏观纠缠的可能性。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electrical Readout of Spin Environments in Diamond for Quantum Sensing
本文提出全电学PC-DEER方法，将NV色心光电流读出扩展至自旋浴控制与相干操控，实现P1和NVH缺陷分辨及噪声表征，为可集成固态量子传感提供无光学方案。
2025-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Stark Tuning and Electrical Charge State Control of Single Divacancies in Silicon Carbide
碳化硅（SiC）中的中性电荷双空位是顺磁性色心，其长相干时间和近电信工作波长使其有望用于与现有光纤网络兼容的可扩展量子通信技术。然而，局部应变的不均匀性会随机地扰动它们的光学跃迁频率，这会降低从单独缺陷发射的光子的不可分辨性，并阻碍它们与光学腔的耦合。在这里，我们表明，电场可以用来调谐的光学跃迁频率的单个中性双空位在4 H-SiC在几个GHz的范围内通过直流斯塔克效应。同样的技术也可以在微秒的时间尺度上控制缺陷的电荷状态，我们使用它来稳定不稳定或非中性的双空位进入它们的中性电荷状态。使用基于荧光的电荷态检测，我们表明975 nm和1130 nm激发都可以制备其中性电荷态，效率接近1。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
An electrically controlled single molecule spin switch
本研究提出一种基于Fe-FePc双稳态复合物的电控单分子自旋开关，通过STM电压脉冲可逆切换自旋构型，并用于调控邻近自旋的ESR频率，为可扩展量子器件提供新途径。
2025-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale spin detection of copper ions using double electron-electron resonance at room temperature
本文报道了在室温和低磁场条件下，利用金刚石中的单自旋电子-电子双共振技术，对铜离子（Cu $^{2+}$）的纳米级自旋探测和电子顺磁共振（EPR）谱进行了研究。我们意外地测量窄EPR共振线宽$\sim 2-3$ MHz的氯化铜分子溶解在聚赖氨酸。我们还观察到单个Cu $^{2+}$离子的相干Rabi振荡和超精细分裂，这可以用于动态核自旋极化和更高灵敏度的自旋探测。我们解释和分析这些观察使用自旋哈密顿模型的氯化铜分子和数值模拟的预测鹿的响应，并获得一个感测体积$\sim (250 \text{nm})^3$。这项工作将打开大门，铜标记的EPR测量环境条件下的生物分子和纳米材料。
2021-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
