分子自旋量子比特的混合原子-参数退相干模型

具有开壳层基态的固态分子量子比特在可寻址性、可扩展性和可调谐性方面展现出巨大潜力,但由于量子比特环境的复杂性,理解这些系统中量子相干性的基本极限存在挑战。为此,该研究团队开发了一种随机哈密顿方法——通过分子动力学模拟在恒定温度下获得经典晶格运动引起的分子g张量涨落。原子尺度的g张量涨落被用于构建Redfield量子主方程,以预测晶体框架中铜卟啉量子比特的弛豫时间T1和退相位时间T2。在假设单声子自旋-晶格相互作用过程的前提下,利用原子级浴相关函数确立了T1的1/T温度依赖性和1/B3磁场依赖性规律。然而原子尺度T1预测值比现有实验数据高出了数个数量级。通过引入描述晶格核自旋的磁场噪声模型(铜卟啉体系的场相关噪声幅值在δB~10μT-1mT范围内),所有磁场下的计算结果与测量数据达成了定量一致。该工作表明:虽然实验中T1因自旋-晶格和磁噪声的共同作用呈现1/B标度律,但T2由于磁场噪声相关的低频退相位过程严格遵循1/B2标度律。这项研究揭示了动力学方法在分子自旋量子比特开放量子系统动力学建模中的应用潜力。

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提交arXiv: 2025-11-11 19:33

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