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基于单个电子自旋和量子点中核自旋集合存储器的量子中继器
受量子点核自旋控制和操纵方面的最新进展的启发，这些进展允许将电子自旋态转移到周围的核自旋集合中进行存储，我们提出了一种量子中继器方案，该方案结合了单个量子点电子自旋和核自旋集合，分别用作自旋光子接口和量子存储器。我们考虑使用嵌入高协同性光学微腔中的低应变量子点。量子点核自旋集合允许长期存储纠缠态，并且预示着纠缠交换是使用腔辅助门执行的。我们重点介绍了实现量子中继器方案所需的量子点技术的进步，该方案有望建立长距离高保真纠缠，其分布速率超过光子的直接传输。
基于固态自旋与 SPAD 阵列集成的快速宽场量子传感器
实现对大量量子粒子的快速、灵敏和并行测量是构建大规模量子平台以用于各种量子信息处理应用（例如传感、计算、模拟和通信）的一项基本任务。当前基于 CMOS 传感器和电荷耦合器件相机的实验原子和光学物理中的量子平台受到低灵敏度或慢操作速度的限制。这里将单光子雪崩二极管阵列与金刚石中的固态自旋缺陷集成在一起，以构建快速宽场量子传感器，实现高达 100 kHz 的帧速率。介绍了用于执行量子系统空间分辨成像的实验装置的设计。使用氮空位集合金刚石样品通过实验演示了一些示例性应用，包括感测直流和交流磁场、温度、应变、局部自旋密度和电荷动力学。开发的光子检测阵列广泛应用于其他平台，例如光镊中捕获的原子阵列、光学晶格、硅中的供体和固体中的稀土离子。
通过活性自旋团簇测量退相干效应下的量子信息扰乱动态
开发量子技术需要控制和理解多体系统中量子信息的非平衡动力学。局部信息通过创建复杂的关联（称为信息扰乱）在系统中传播，因为此过程阻止从局部测量中提取信息。在这项工作中，我们开发了一个改编自固态 NMR 方法的模型来量化信息扰乱。扰乱是通过时间反转 Loschmidt 回波 (LE) 和多重量子相干实验来测量的，这些实验本质上包含缺陷。考虑到这些缺陷，我们推导出非时间序相关器 (OTOC) 的表达式，以基于测量信息传播的活跃自旋数量来量化可观察的信息扰乱。基于 OTOC 表达式，退相干效应自然是由 LE 实验中未反转项的影响引起的。退相干会导致可测量程度的信息扰乱的局部化。这些效应定义了可观测的活跃自旋数量的局部化簇大小，从而确定了动态平衡。我们将模型的预测与使用固态 NMR 实验进行的量子模拟进行了对比，该实验测量了具有受控缺陷的时间反转回波的信息扰乱。从实验数据确定的量子信息扰乱的动态和其局部化效应之间具有极好的定量一致性。所提出的模型和派生的 OTOC 为量化大型量子系统（超过 10 4 个自旋）的量子信息动态提供了工具，与本质上包含缺陷的实验实现一致。
超快相干 THz 晶格动力学与范德华反铁磁体 FePS3 中的自旋耦合
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花，旨在操控其宏观特性。最近，二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响，这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体，最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看，二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定，磁共振频率在 THz 范围内，比铁磁体高几个数量级。至关重要的是，反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内，这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此，光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力，这是基于已证实的可能性，即使光子能量远离其本征频率，也可以完全相干地驱动此类模式[21,22]，也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下，过渡金属三硫属磷酸盐（MPX3，其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se）代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子，但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上，实验证明，NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。
在 Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用下使用量子记忆实现两个耦合偶极子自旋的熵不确定性
1 艾资哈尔大学理学院物理系，艾斯乌特 71524，埃及；ANkhedr@azhar.edu.eg (ANK)；amabdelaty@ub.edu.sa (A.-HA-A.)；tammam@azhar.edu.eg (MT) 2 萨坦·本·阿卜杜勒阿齐兹王子大学阿夫拉杰科学与人文学院数学系，沙特阿拉伯阿夫拉杰 11942 3 艾斯乌特大学理学院数学系，艾斯乌特 71515，埃及 4 比沙大学理学院物理系，比沙 61922，沙特阿拉伯 5 索哈杰大学理学院数学系，索哈杰 82524，埃及； mabdelaty@zewailcity.edu.eg 6 沙迦大学应用物理与天文学系，沙迦 27272，阿拉伯联合酋长国；heleuch@sharjah.ac.ae 7 阿布扎比大学艺术与科学学院应用科学与数学系，阿布扎比 59911，阿拉伯联合酋长国 8 德克萨斯 A&M 大学量子科学与工程研究所，德克萨斯州大学城 77843，美国 * 通讯地址：abdelbastm@aun.edu.eg
超快相干 THz 晶格动力学与范德华反铁磁体 FePS 3中的自旋耦合
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花，旨在操控其宏观特性。最近，二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响，这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体，最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看，二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定，磁共振频率在 THz 范围内，比铁磁体高几个数量级。至关重要的是，反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内，这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此，光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力，这是基于已证实的可能性，即使光子能量远离其本征频率，也可以完全相干地驱动此类模式[21,22]，也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下，过渡金属三硫属磷酸盐（MPX3，其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se）代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子，但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上，实验证明，NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。
在热混合方案中通过动态核极化（DNP）对核自旋的部分授予核自旋样品的定量分析
动力学核极化（DNP）是一种强大的方法，它允许通过微波辐照电子Zeeman跃迁来传递电子极化，从而使几乎任何旋转核的核对任何旋转核的核两极化。在某些条件下，可以使用热混合（TM）模型以热力学术语描述DNP过程。不同的核物种可以通过与电子旋转的相互作用并达到共同的自旋温度间接交换能量。在质子（H）和氘（D）核之间可能发生这种“串扰”效应，并在脱离和重新偏振实验中发生。在这项工作中，我们将这种效应在实验中，使用质子化或剥离的tempol自由基作为偏振剂。对这些实验的分析基于普罗威尔托洛罗的方程式，可以提取相关的动力学参数，例如不同储层之间的能量传递速率以及非Zeman（NZ）电子储量的热容量，而Proton和Deuterium Reservoirs的热能可以基于其估计的表现。这些参数允许人们对杂核的行为（例如碳-13或磷-31）进行预测，但前提是它们的热容量可以忽略不计。最后，我们介绍了Propotorov动力学参数对Tempol浓度和H/D比的依赖性的实验研究，从而提供了对“隐藏”自旋的性质的洞察力，由于它们与自由基的接近，这些自旋的性质无法直接观察到。
室温下产生稳定的量子比特研究人员观察到分子系统中具有四个电子自旋的五重态的量子相干性
日本福冈——在《Science Advances》杂志上发表的一项研究中，九州大学工程学院副教授柳井伸宏领导的一组研究人员与九州大学宫田清副教授和神户大学小堀康弘教授合作，报告称他们已经在室温下实现了量子相干性：量子系统能够随着时间的推移保持明确状态而不受周围干扰影响的能力。这一突破是通过将发色团（一种吸收光并发射颜色的染料分子）嵌入金属有机骨架（MOF，一种由金属离子和有机配体组成的纳米多孔晶体材料）中实现的。他们的发现标志着量子计算和传感技术的重大进步。虽然量子计算被定位为计算技术的下一个重大进步，但量子传感是一种利用量子比特（经典计算中比特的量子类似物，可以存在于 0 和 1 的叠加中）量子力学特性的传感技术。可以采用各种系统来实现量子比特，其中一种方法是利用电子的固有自旋（与粒子磁矩相关的量子特性）。电子有两种自旋状态：自旋向上和自旋向下。基于自旋的量子比特可以存在于这些状态的组合中，并且可以“纠缠”，从而允许从另一个量子比特推断出一个量子比特的状态。通过利用量子纠缠态对环境噪声极其敏感的特性，量子传感技术有望实现比传统技术更高的分辨率和灵敏度的传感。然而，到目前为止，将四个电子纠缠并使其对外部分子作出反应，即使用纳米多孔 MOF 实现量子传感一直具有挑战性。值得注意的是，发色团可用于在室温下通过称为单重态裂变的过程激发具有所需电子自旋的电子。然而，在室温下会导致存储在量子比特中的量子信息失去量子叠加和纠缠。因此，通常只有在液氮水平温度下才能实现量子相干性。为了抑制分子运动并实现室温量子相干性，研究人员在 UiO 型 MOF 中引入了基于并五苯（由五个线性稠合苯环组成的多环芳烃）的发色团。“这项研究中的 MOF 是一种独特的系统，可以密集地积累发色团。此外，晶体内的纳米孔使发色团能够旋转，但角度非常受限，”Yanai 说道。
CSPBBR3钙钛矿纳米晶体中的连贯的自旋进动和寿命限制的自旋脱发
摘要：半导体纳米晶体中的载体旋转是量子信息处理的有前途的候选者。使用时间分辨的法拉第旋转和光致发光光谱的组合，我们证明了胶体CSPBBR 3纳米晶体中的光学自旋极化和相干自旋进液，这些纳米晶体一直持续到室温。通过抑制具有少量施加的磁场的不均匀性高纤维的影响，我们证明了接近纳米晶光发光生命周期的不均匀孔横向旋转旋转时间（T 2 *），从而几乎所有发射的光子都来自colent colehent colent colent colent spins spins spins spins。热激活的LO声子在升高温度下驱动额外的自旋去向，但在室温下仍观察到连贯的自旋进动。这些数据揭示了纳米晶和散装CSPBBR 3中的自旋之间的几个主要区别，并为在基于自旋的量子技术中使用金属 - 甲基钙钛矿纳米晶体打开了门。关键字：钙钛矿纳米晶体，旋转dephasing，t 2 *，时间分辨的法拉第旋转，旋转式，量子信息
Bayliss , SL , Laorenza , DW , Mintun , PJ , Kovos , BD , Freedman , DE 和 Awschalom , DD (2020) 光寻址分子自旋用于 q
自旋分子是量子技术很有前途的构建模块，因为它们可以进行化学调节，组装成可扩展的阵列，并可轻松整合到各种设备架构中。在分子系统中，光学寻址基态自旋将使量子信息科学得到广泛应用，正如固态缺陷所证明的那样。然而，这一重要功能对于分子来说仍然难以实现。在这里，我们在一系列合成的有机金属铬 (IV) 分子中展示了这种光学寻址能力。这些化合物显示出基态自旋，可以用光初始化和读出，并用微波进行相干操控。此外，通过对分子结构的原子修饰，我们可以调整这些化合物的自旋和光学特性，为自下而上合成设计量子系统铺平了道路。