論文の概要: Enhancing Spin Coherence of Optically-Addressed Molecular Qubit by Nuclear Spin Hyperpolarization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.27872v1
• Date: Sun, 29 Mar 2026 21:13:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-31 23:18:45.152464
• Title: Enhancing Spin Coherence of Optically-Addressed Molecular Qubit by Nuclear Spin Hyperpolarization
• Title（参考訳）: 核スピン過分極による光適応分子量子ビットのスピンコヒーレンス向上
• Authors: Boning Li, Patrick Hautle, Duhan Zhang, Liangping Zhu, Paola Cappellaro, Tom Wenckebach, Yifan Quan,
• Abstract要約: 高純度ナフタレン単結晶に共晶したペンタセンの光励起三重項スピンにおける原子バス誘起脱コヒーレンスの抑制効果を実証した。 三重項動的核分極(トリプレット-DNP)による陽子スピン浴の過分極により、核スピンによって生じる磁気ノイズが抑制され、電子スピンの逆コヒーレンス時間が延長される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.744435780990906
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optically addressable molecular triplet spins provide a chemically tunable platform for quantum application, but their coherence is often limited by interactions with surrounding spin baths. Here we demonstrate controlled suppression of nuclear-bath-induced decoherence in photoexcited triplet spins of pentacene co-crystallized in high-purity naphthalene single crystals. By hyperpolarizing the proton spin bath through triplet dynamic nuclear polarization (triplet-DNP), magnetic noise generated by the nuclear spins is suppressed, leading to an extension of the electron spin transverse coherence time. Experimentally, we observe a 25\% enhancement of the spin-echo decay time with $60\%$ polarization of the proton spin bath. The measured scaling of the spin-echo decay time ($T_2$) with nuclear polarization quantitatively follows the predicted dependence derived from the polarization-controlled nuclear second moment. Both the enhancement and the absolute value of the coherence time are quantitatively reproduced by cluster correlation expansion (CCE) simulations. These results establish nuclear spin hyperpolarization as a general and actively tunable approach to engineering coherence in molecular qubits. This work provides a broadly applicable design framework for high-coherence molecular and solid-state spin systems.
• Abstract（参考訳）: 光学的に対応可能な分子三重項スピンは、量子応用のための化学的に調整可能なプラットフォームを提供するが、そのコヒーレンスはしばしば周囲のスピン浴との相互作用によって制限される。 ここでは, 高純度ナフタレン単結晶に共晶したペンタセンの光励起三重項スピンにおける原子バス誘起脱コヒーレンスの抑制効果を示す。 三重項動的核分極(トリプレット-DNP)による陽子スピン浴の過分極により、核スピンによって生じる磁気ノイズが抑制され、電子スピンの逆コヒーレンス時間が延長される。 実験的に, スピン-エチョ崩壊時間の25\%向上とプロトンスピン浴の60\%$分極を観察した。 核分極によるスピン-エチョ崩壊時間(T_2$)の測定スケーリングは、分極制御された核第2モーメントに由来する予測依存を定量的に追従する。 クラスタ相関展開(CCE)シミュレーションにより,コヒーレンス時間のエンハンスメントと絶対値の両方を定量的に再現する。 これらの結果は、分子量子ビットにおける工学的コヒーレンスに対する一般かつ積極的に調整可能なアプローチとして、核スピン超分極を確立する。 この研究は、高コヒーレンス分子および固体スピン系のための広く適用可能な設計フレームワークを提供する。

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