論文の概要: Hybrid Atomistic-Parametric Decoherence Model for Molecular Spin Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.08725v1
• Date: Thu, 13 Nov 2025 01:04:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-13 22:34:54.212264
• Title: Hybrid Atomistic-Parametric Decoherence Model for Molecular Spin Qubits
• Title（参考訳）: 分子スピン量子のハイブリッド原子論的パラメトリックデコヒーレンスモデル
• Authors: Katy Aruachan, Sanoj Raj, Yamil J. Colón, Daniel Aravena, Felipe Herrera,
• Abstract要約: 開殻基底状態を持つ固体分子量子ビットは、アドレス可能性、拡張性、チューニング可能性に大きな可能性を秘めている。 分子$g$テンソルが古典格子運動によって変動するランダムなハミルトン的手法を開発する。 本研究は,分子スピン量子ビットの開量子系力学をモデル化するための動的手法の可能性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solid-state molecular qubits with open-shell ground states have great potential for addressability, scalability, and tunability, but understanding the fundamental limits of quantum coherence in these systems is challenging due to the complexity of the qubit environment. To address this, we develop a random Hamiltonian approach where the molecular $g$-tensor fluctuates due to classical lattice motion obtained from molecular dynamics simulations at constant temperature. Atomistic $g$-tensor fluctuations are used to construct Redfield quantum master equations that predict the relaxation $T_1$ and dephasing $T_2$ times of copper porphyrin qubits in a crystalline framework. Assuming one-phonon spin-lattice interaction processes, $1/T$ temperature scaling and $1/B^3$ magnetic field scaling of $T_1$ are established using atomistic bath correlation functions. Atomistic $T_1$ predictions overestimate the available experimental data by orders of magnitude. Quantitative agreement with measurements at all magnetic fields is restored by introducing a magnetic field noise model to describe lattice nuclear spins, with field-dependent noise amplitude in the range $δB\sim 10\,μ{\rm T}- 1\,{\rm mT}$ for the copper porphyrin system. We show that while $T_1$ scales as $1/B$ experimentally due to a combination of spin-lattice and magnetic noise contributions, $T_2$ scales strictly as $ 1/B^2$ due to low-frequency dephasing processes associated with magnetic field noise. Our work demonstrates the potential of dynamical methods for modeling the open quantum system dynamics of molecular spin qubits.
• Abstract（参考訳）: 開殻基底状態を持つ固体分子量子ビットは、アドレス可能性、スケーラビリティ、チューニング可能性に大きな可能性を持っているが、これらのシステムにおける量子コヒーレンスの基本的限界を理解することは、量子ビット環境の複雑さのために困難である。 これを解決するために、分子の$g$-tensorが一定の温度で分子動力学シミュレーションから得られる古典的な格子運動によって変動するランダムなハミルトン的手法を開発した。 原子論的な$g$-テンソルゆらぎは、レッドフィールドの量子マスター方程式を構築して緩和を予測し、結晶のフレームワークでポルフィリンの銅の量子ビットの時間に$T_2$を減じる。 1-フォノンスピン格子相互作用過程を仮定すると、1/T$の温度スケーリングと1/B^3$の磁場スケーリングは原子性浴相関関数を用いて確立される。 Atomistic $T_1$予測は、利用可能な実験データを桁違いに過大評価する。 銅ポルフィリン系では, 磁場依存性のノイズ振幅が$δB\sim 10\,μ{\rm T}- 1\,{\rm mT}$の範囲である。 スピン格子と磁気ノイズの組合せにより,T_1$が1/B$となるのに対して,T_2$は1/B^2$と厳密にスケールする。 本研究は,分子スピン量子ビットの開量子系力学をモデル化するための動的手法の可能性を示す。

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