論文の概要: Enhancing Spin Coherence in Optically Addressable Molecular Qubits
through Host-Matrix Control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.00168v1
- Date: Fri, 1 Apr 2022 02:30:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-20 02:55:56.415789
- Title: Enhancing Spin Coherence in Optically Addressable Molecular Qubits
through Host-Matrix Control
- Title（参考訳）: ホスト行列制御による光学アドレス可能な分子量子ビットのスピンコヒーレンス向上
- Authors: S. L. Bayliss, P. Deb, D. W. Laorenza, M. Onizhuk, G. Galli, D. E.
Freedman, D. D. Awschalom
- Abstract要約: 光アドレス可能なスピンは量子情報科学のための有望なプラットフォームである。
このような光学的に対応可能な分子量子ビットにおけるスピンコヒーレンスを、ホスト環境を工学的に制御する方法を示す。
本研究は, 可変分子プラットフォームを用いた量子ビット構造-機能関係の試験能力を示すものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Optically addressable spins are a promising platform for quantum information
science due to their combination of a long-lived qubit with a spin-optical
interface for external qubit control and read out. The ability to chemically
synthesize such systems - to generate optically addressable molecular spins -
offers a modular qubit architecture which can be transported across different
environments, and atomistically tailored for targeted applications through
bottom-up design and synthesis. Here we demonstrate how the spin coherence in
such optically addressable molecular qubits can be controlled through
engineering their host environment. By inserting chromium (IV)-based molecular
qubits into a non-isostructural host matrix, we generate noise-insensitive
clock transitions, through a transverse zero-field splitting, that are not
present when using an isostructural host. This host-matrix engineering leads to
spin-coherence times of more than 10 microseconds for optically addressable
molecular spin qubits in a nuclear and electron-spin rich environment. We model
the dependence of spin coherence on transverse zero-field splitting from first
principles and experimentally verify the theoretical predictions with four
distinct molecular systems. Finally, we explore how to further enhance
optical-spin interfaces in molecular qubits by investigating the key parameters
of optical linewidth and spin-lattice relaxation time. Our results demonstrate
the ability to test qubit structure-function relationships through a tunable
molecular platform and highlight opportunities for using molecular qubits for
nanoscale quantum sensing in noisy environments.
- Abstract（参考訳）: 光アドレス可能なスピンは、長期の量子ビットと外部の量子ビット制御と読み出しのためのスピン光学インターフェースの組み合わせにより、量子情報科学にとって有望なプラットフォームである。
このようなシステムを化学的に合成する能力 - 光学的に対応可能な分子スピンソフラーを生成する能力は、様々な環境にまたがって移動可能なモジュラーキュービットアーキテクチャであり、ボトムアップ設計と合成を通じてターゲットとする用途に微調整される。
本稿では,このような分子キュービットにおけるスピンコヒーレンスが,ホスト環境を工学的に制御できることを示す。
非構造ホスト行列にクロム(IV)系分子量子ビットを挿入することにより、非構造ホストを用いると存在しない逆ゼロフィールド分割によりノイズ非感受性クロック遷移を生成する。
このホスト行列工学は、原子核および電子スピンの豊富な環境での分子スピン量子ビットに対する10マイクロ秒以上のスピンコヒーレンス時間をもたらす。
スピンコヒーレンスの第一原理からの逆零場分割依存性をモデル化し、4つの異なる分子系による理論的予測を実験的に検証した。
最後に、光線幅とスピン格子緩和時間の鍵となるパラメータを解明し、分子量子ビットにおける光スピン界面をさらに強化する方法を検討する。
本研究は,可変分子プラットフォームを用いて量子ビット構造-関数関係をテストできることを示し,雑音環境下でのナノスケール量子センシングに分子量子ビットを用いる機会を強調した。
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