論文の概要: Spin Phonon Coupling and Relaxation time in Lu(II) compound with 9.2GHz clock transition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.07521v1
• Date: Mon, 11 Aug 2025 00:46:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-12 21:23:28.897547
• Title: Spin Phonon Coupling and Relaxation time in Lu(II) compound with 9.2GHz clock transition
• Title（参考訳）: 9.2GHzクロック遷移を有するLu(II)化合物のスピンフォノンカップリングと緩和時間
• Authors: Xiaoliang Zhang, Haechan Park,
• Abstract要約: 固体系では、量子ビットと格子フォノンの相互作用はスピン緩和(T1)とデコヒーレンス(T2)において重要な役割を果たすことが知られている。 本研究では、Lu(II)複素スピン量子ビット上で、顕著なクロック遷移を特徴とする第一原理計算を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4297070083645049
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Electron spin qubits operating at atomic clock transitions exhibit exceptionally long coherence times, making them promising candidates for scalable quantum information applications. In solid-state systems, interactions between qubits and lattice phonons are known to play a critical role in spin relaxation (T1) and decoherence (T2). In this work, we perform first-principles calculations on a Lu(II) complex spin qubit featuring a prominent clock transition. By employing advanced electronic structure methods, we quantitatively evaluate the influence of phonons on the hyperfine interaction, which serves as the primary spin-lattice coupling mechanism. Treating these phonon-induced variations as first-order perturbations, we apply the Redfield master equation to compute both T1 and T2, along with their temperature dependencies. For T1, we adopt a second quantization formalism to describe phonon interactions, while T2 is evaluated by explicitly integrating acoustic phonon contributions across the full Brillouin zone. Our results reproduce the experimentally observed magnetic field dependence of T2, including the coherence peak near 0.43 T, though the absolute values of T1 and T2 differ by one to two orders of magnitude. Analysis reveals that T1 is primarily governed by longitudinal phonons, whereas T2 is most strongly influenced by mid-wavelength, mid-energy acoustic modes. These findings provide a quantitative demonstration of the clock transition protective effect on spin qubit coherence and offer a transferable computational framework for evaluating spin-phonon interactions in other molecular spin qubits.
• Abstract（参考訳）: 原子時計遷移で動く電子スピン量子ビットは、非常に長いコヒーレンス時間を示し、スケーラブルな量子情報応用の候補として期待できる。 固体系では、量子ビットと格子フォノンの相互作用はスピン緩和(T1)とデコヒーレンス(T2)において重要な役割を果たすことが知られている。 本研究では、Lu(II)複素スピン量子ビット上で、顕著なクロック遷移を特徴とする第一原理計算を行う。 先進電子構造法を用いて, スピン-格子結合機構として機能する超微細相互作用に対するフォノンの影響を定量的に評価する。 これらのフォノン誘起変動を1次摂動として扱い、温度依存性とともに、レッドフィールドマスター方程式をT1とT2の両方を計算する。 T1では、フォノン相互作用を記述するために第2の量子化形式を採用し、一方、T2はブリルアンゾーン全体にわたって音響フォノンの寄与を明示的に統合することで評価する。 実験により得られたT2の磁場依存性は0.43T付近のコヒーレンスピークを含むが,T1とT2の絶対値は1～2桁異なる。 解析によると、T1は主に長手フォノンによって制御されているのに対し、T2は中波長、中エネルギーの音響モードの影響を強く受けている。 これらの結果は、スピン量子ビットコヒーレンスにおけるクロック遷移保護効果の定量的な実証と、他の分子スピン量子ビットにおけるスピン-フォノン相互作用を評価するための伝達可能な計算フレームワークを提供する。

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