优化集总元件超导谐振器中磁耦合以用于分子自旋量子比特
该研究团队设计了一种集总参数超导谐振器,其最大程度增强了与分子自旋量子比特的磁耦合,实现了高达100千赫兹的单自旋耦合记录以及超过10兆赫兹的集体耦合。这些谐振器与分散在聚合物基质中的PTMr有机自由基(具有S=1/2自旋和准各向同性g≈2的模型自旋系统)产生相互作用。最大集体自旋-光子耦合强度通过采用大电感谐振器实现,这种设计能与分子体系中绝大多数自旋发生相互作用。相比之下,单自旋耦合强度G₁在采用最小尺寸电感(即单根微导线制成)的谐振器中达到最大值。 该平台还被用于研究色散区(当自旋与谐振器存在能量失谐时)的自旋弛豫和自旋相干动力学。研究人员发现了珀塞尔效应的证据——即那些与电路最强耦合的自旋发生光子诱导弛豫现象。通过该过程的速率可推断特定器件中单自旋-光子耦合的分布情况。对于在其中心制备了50纳米宽缩颈结构的谐振器,单自旋最大G₁值可达约100千赫兹。 通过独立传输线输入强脉冲对自旋进行泵浦时,可诱导出相干拉比振荡。自旋激发可通过主脉冲频率诱导的直接共振过程实现;在使用方波脉冲的情况下,则可通过边频分量对腔模的激发来实现。后者可测量腔模与自旋的杂化程度,而采用高斯形脉冲则可消除该过程。这些研究成果为构建集成化分子自旋量子处理器提供了一条可扩展的技术路径。



