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超导量子器件（包括量子比特、磁强计和暗物质探测器等）易受源自顺磁表面缺陷与杂质的磁通量噪声影响。这类自旋系统可能呈现复杂动力学行为，例如Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变，其特性取决于晶格结构、相互作用、外场及无序性。然而，常规模型中的无序性参数缺乏材料特异性，导致难以精确描述实测磁通噪声现象。该研究团队通过第一性原理模拟了Al?O?表面顺磁O?分子构成的自旋晶格（超导量子比特中可能的磁通噪声源），揭示了抑制磁通噪声的新途径。 研究人员模拟了具有随机取向的表面吸附物集群，并采用密度泛函理论计算了取向相关的交换耦合。该自旋模拟既无自由参数，也未预设无序性的函数形式，能准确反映真实系统中存在的缺陷关联特征。计算显示电子对间交换相互作用范围广泛，其中最小值0.016 meV和-0.023 meV恰好满足构成两能级系统并与GHz谐振器耦合的条件。该工作系统计算了磁通噪声的频率依赖性、温度效应、外加磁场响应以及磁化率-磁通噪声互相关特性，所得趋势与实验观测一致，证明具有材料特异性无序排列的顺磁吸附物表面可完整呈现超导电路观测到的各类磁通噪声特性。此外，研究人员发现外电场可调控自旋间相互作用强度，从而降低磁通噪声。