分子自旋超导芯片中的极化激元-极化激元相干耦合

构建连贯的通信通道能力是实现量子器件规模化的关键。该研究团队设计了一种芯片上不同集总元件超导谐振器之间形成的杂化自旋-光子激发态(极化激元)的远程相互作用机制。该芯片包含多个谐振器对,各对之间通过微小频偏实现寻址能力,每对内部采用电容耦合,并通过电感耦合连接到公共读出线。这些谐振器与其电感器上沉积的PTMr和Tripak有机自由基样品发生局域相互作用,这些自由基提供了理想的S=1/2、g≈2自旋系综模型。在极低温条件下进行的频响微波传输实验,测量了不同磁场场景下极化激元频率的变化规律。当谐振器对中仅有一个包含分子样品时,实验结果表明自旋不仅能与本地腔模耦合,还能远程耦合至空置的集总元件谐振器。若两个谐振器同时与自旋系综相互作用,由于各谐振器不同的自旋-光子耦合强度,磁场可调控极化激元间的相对频率。当极化激元达到相互共振时,能级交叉回避现象的出现为电路介导的相干极化激元相互作用提供了直接光谱证据。泵浦-探测实验进一步表明,在耦合对中激发一个极化激元会引发另一个极化激元的可探测响应。这些实验现象与理论建模相互印证,展示了在可扩展模块化芯片上实现远程光子-光子及自旋-自旋关联与纠缠的操控和检测能力。

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提交arXiv: 2026-02-20 09:48

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