論文の概要: Ultralong Room-Temperature Qubit Lifetimes of Covalent Organic Frameworks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.03529v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 03:20:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:14.129632
• Title: Ultralong Room-Temperature Qubit Lifetimes of Covalent Organic Frameworks
• Title（参考訳）: 共有結合型有機組織における室温Qubitの超長寿命化
• Authors: Zhecheng Sun, Weibin Ni, Denan Li, Xiya Du, Shi Liu, Lei Sun,
• Abstract要約: 安定な有機ラジカル量子ビットのプログラム可能な行列として、共分散有機フレームワーク(COF)を示す。 極長スピン緩和時間 (T1 > 300 mus) を298 Kで達成し、ほとんどの分子量子ビットと競合する無機スピン欠陥より優れていた。 我々の研究は、COFを設計量子材料として確立し、室温での核スピンの量子センシングのための新たな道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.293343350277247
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Molecular electron spin qubits offer atomic-level tunability and room-temperature quantum coherence. Their integration into engineered solid-state matrices can enhance performance towards ambient quantum information technologies. Herein, we demonstrate covalent organic frameworks (COFs) as programmable matrices of stable organic radical qubits allowing strategic optimization of spin-phonon and spin-spin interactions. Using two classic boronate-ester frameworks, COF-5 and COF-108, to host semiquinone-like radical qubits, we achieve ultralong spin relaxation time (T1 > 300 {\mu}s) at 298 K, which outperforms most molecular qubits and rivals inorganic spin defects. The suppression of spin relaxation is attributed to rigid and neutral structures as well as carbon-centered spin distributions that effectively weaken spin-phonon coupling. Employing dynamical decoupling methods to both COFs improves their quantum coherence and enables room-temperature detection of nuclear spins including 1H, 11B, and 13C. Our work establishes COFs as designer quantum materials, opening new avenues for quantum sensing of nuclear spins at room temperature.
• Abstract（参考訳）: 分子電子スピン量子ビットは原子レベルチューナビリティと室温量子コヒーレンスを提供する。 エンジニアリングされた固体行列への統合は、周囲の量子情報技術に対するパフォーマンスを向上させることができる。 本稿では, スピンフォノン相互作用とスピンスピン相互作用の戦略的最適化を可能にする安定な有機ラジカル量子ビットのプログラム可能な行列として, 共分散有機フレームワーク(COF)を実証する。 COF-5とCOF-108という2つの古典的ボロネートエステルフレームワークを用いて、半キノン様ラジカル量子ビットをホストし、298 Kで超長いスピン緩和時間(T1 > 300 {\mu}s)を達成し、ほとんどの分子量子ビットと競合する無機スピン欠陥より優れている。 スピン緩和の抑制は、剛性と中性構造、およびスピン-フォノン結合を効果的に弱める炭素中心のスピン分布に起因する。 両方のCOFに動的デカップリング法を用いることで、量子コヒーレンスを改善し、1H、11B、13Cを含む核スピンの室温検出を可能にする。 我々の研究は、COFを設計量子材料として確立し、室温での核スピンの量子センシングのための新たな道を開いた。

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