論文の概要: A Surface-Scaffolded Molecular Qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.19976v1
- Date: Tue, 27 Jan 2026 19:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-29 15:46:06.62357
- Title: A Surface-Scaffolded Molecular Qubit
- Title（参考訳）: 表面スキャフォールド分子の量子ビット
- Authors: Tian-Xing Zheng, M. Iqbal Bakti Utama, Xingyu Gao, Moumita Kar, Xiaofei Yu, Sungsu Kang, Hanyan Cai, Tengyang Ruan, David Ovetsky, Uri Zvi, Guanming Lao, Yu-Xin Wang, Omri Raz, Sanskriti Chitransh, Grant T. Smith, Leah R. Weiss, Magdalena H. Czyz, Shengsong Yang, Alex J. Fairhall, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David D. Awschalom, A. Paul Alivisatos, Randall H. Goldsmith, George C. Schatz, Mark C. Hersam, Peter C. Maurer,
- Abstract要約: ヘキサゴナル窒化ホウ素(hBN)を2次元(2次元)材料に足場としたペンタセン分子による表面分子量子ビットを導入する。
クビットは、低温から周囲の条件下で安定した蛍光と光学的に検出された磁気共鳴(ODMR)を示す。
このプラットフォームは、真の表面の統合、長い量子ビットのコヒーレンス、スケーラブルな製造を組み合わせ、量子センシング、量子シミュレーション、ハイブリッド量子デバイスへのルートを開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.162363270034191
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Fluorescent spin qubits are central building blocks of quantum technologies. Placing these qubits at surfaces maximizes coupling to nearby spins and fields, enabling nanoscale sensing and facilitating integration with photonic and superconducting devices. However, reducing the dimensions or size of established qubit systems without sacrificing the qubit performance or degrading the coherence lifetime remains challenging. Here, we introduce a surface molecular qubit formed by pentacene molecules scaffolded on a two-dimensional (2D) material, hexagonal boron nitride (hBN). The qubit exhibits stable fluorescence and optically detected magnetic resonance (ODMR) from cryogenic to ambient conditions. With fully deuterated pentacene, the Hahn-echo coherence reaches 22 $μ$s and further extends to 214 $μ$s under dynamical decoupling, outperforming state-of-the-art shallow NV centers in diamond, despite being positioned directly on the surface. We map the local spin environment, resolving couplings to nearby nuclear and electron spins that can serve as auxiliary quantum resources. This platform combines true surface integration, long qubit coherence, and scalable fabrication, opening routes to quantum sensing, quantum simulation, and hybrid quantum devices. It also paves the way for a broader family of 2D material-supported molecular qubits.
- Abstract（参考訳）: 蛍光スピン量子ビットは量子技術の中心的な構成要素である。
これらの量子ビットを表面に配置することで、近くのスピンや磁場との結合を最大化し、ナノスケールのセンシングを可能にし、フォトニックや超伝導デバイスとの統合を容易にする。
しかし、クビット性能を犠牲にすることなく、あるいはコヒーレンス寿命を劣化させることなく、確立されたクビットシステムの寸法やサイズを小さくすることは依然として困難である。
本稿では,2次元(2次元)材料,ヘキサゴナル窒化ホウ素 (hBN) を足場としたペンタセン分子によって形成される表面分子量子ビットについて紹介する。
クビットは、低温から周囲の条件下で安定した蛍光と光学的に検出された磁気共鳴(ODMR)を示す。
完全に重畳されたペンタセンでは、ハーン・エチョのコヒーレンスは22$μ$sに達し、さらに動的疎結合の下で214$μ$sまで伸びる。
局所スピン環境をマッピングし、近隣の原子核と電子スピンとのカップリングを解き、補助量子資源として機能する。
このプラットフォームは、真の表面の統合、長い量子ビットのコヒーレンス、スケーラブルな製造を組み合わせ、量子センシング、量子シミュレーション、ハイブリッド量子デバイスへのルートを開く。
また、より広い2D材料で支えられた分子量子ビットの族への道を開く。
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