論文の概要: Optimizing magnetic coupling in lumped element superconducting resonators for molecular spin qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.00857v1
- Date: Sun, 02 Nov 2025 08:49:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 16:37:26.967621
- Title: Optimizing magnetic coupling in lumped element superconducting resonators for molecular spin qubits
- Title（参考訳）: 分子スピン量子ビット用積層素子超伝導共振器における磁気結合の最適化
- Authors: Marcos Rubín-Osanz, Marina C. de Ory, Ignacio Gimeno, Wenzel Kersten, Marta Mas-Torrent, María C. Pallarés, Sebastián Roca-Jerat, David Rodriguez, Nerea González-Prato, J. Alejandro de Sousa, Lorenzo Tesi, Daniel Granados, Jaume Veciana, David Zueco, Anabel Lostao, Joerg Schmiedmayer, Inma Ratera, Joris van Slageren, Núria Crivillers, Alicia Gomez, Fernando Luis,
- Abstract要約: 100kHzまでのシングルスピン結合と10MHzを超える集合結合を記録。
その結果、分子スピン量子プロセッサへのスケーラブルな経路が確立された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.718716094083486
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: We engineer lumped-element superconducting resonators that maximize magnetic coupling to molecular spin qubits, achieving record single-spin couplings up to 100 kHz and collective couplings exceeding 10 MHz. The resonators were made interact with PTMr organic free radicals, model spin systems with $S=1/2$ and a quasi-isotropic $g \simeq 2$, dispersed in polymer matrices. The highest collective spin-photon coupling strengths are attained with resonators having large inductors, which therefore interact with most spins in the molecular ensemble. By contrast, the coupling of each individual spin $G_{1}$ is maximized in resonators having a minimum size inductor, made of a single microwire. The same platform has been used to study spin relaxation and spin coherent dynamics in the dispersive regime, when spins are energetically detuned from the resonator. We find evidences for the Purcell effect, i.e. the photon induced relaxation of those spins that are most strongly coupled to the circuit. The rate of this process has been used to infer the distribution of single spin photon couplings in a given device. For resonators with a 50 nm wide constriction fabricated at the center of its single maximum $G_{1}$ values reach $\sim 100$ kHz. Pumping the spins with strong pulses fed through an independent transmission line induces coherent Rabi oscillations. The spin excitation then proceeds via either direct resonant processes induced by the main pulse frequency or, in the case of square-shaped pulses, via the excitation of the cavity by side frequency components. The latter process measures the cavity mode hybridization with the spins and can be eliminated by using Gaussian shaped pulses. These results establish a scalable route toward integrated molecular-spin quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 分子スピン量子ビットへの磁気結合を最大化し,100kHzまでの単スピン結合と10MHzを超える集団結合を達成できる積層素子超伝導共振器を設計した。
共振器は, PTMr の有機フリーラジカル, S=1/2$ のスピン系, および準等方性 $g \simeq 2$ と相互作用し, ポリマーマトリックスに分散した。
最も高いスピン-光子結合強度は、大きなインダクタを持つ共振器によって達成され、したがって分子アンサンブルのほとんどのスピンと相互作用する。
対照的に、個々のスピン$G_{1}$の結合は、単一マイクロワイヤからなる最小サイズのインダクタを持つ共振器で最大化される。
同じプラットフォームは、スピンが共振器からエネルギー的に切り離されたときに分散状態におけるスピン緩和とスピンコヒーレントダイナミクスの研究に使用されている。
我々はパーセル効果の証拠、すなわち光子が回路に最も強く結合したスピンの緩和を誘導する証拠を見出した。
この過程の速度は、特定のデバイスにおける単一のスピン光子カップリングの分布を推測するために用いられる。
50nm幅の共振器の場合、1つの最大$G_{1}$値の中心で製造され、$\sim 100$ kHzに達する。
独立伝送線を介して強いパルスでスピンを励起すると、コヒーレントなラビ振動が誘導される。
スピン励起は、主パルス周波数によって誘導される直接共鳴過程または正方形パルスの場合、サイド周波数成分によるキャビティの励起によって進行する。
後者のプロセスは、スピンとのキャビティモードのハイブリダイゼーションを測定し、ガウス型パルスを用いて除去することができる。
これらの結果は、集積分子スピン量子プロセッサへのスケーラブルな経路を確立する。
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