在天然丰度二氧化铈中实现电信波段量子发射体的秒级电子自旋相干
稀土离子掺杂晶体因其窄带电信波段光学发射、长自旋记忆以及与硅基集成光子架构的兼容性,已成为量子技术的一个有前景的平台。然而,实现可扩展的量子器件需要具有本征稀释自旋环境的基质材料来抑制退相干。在此背景下,掺铒(Er³⁺)的氧化铈(CeO₂)因其基质中极低的核自旋浓度以及与硅基技术的兼容性而成为一个有吸引力的候选材料。本文通过半经典方法以及详细的团簇关联展开模拟,对CeO₂中Er³⁺电子自旋量子比特的相干性质进行了全面研究。通过系统探索磁场强度、脉冲序列、铒浓度以及自旋温度,该团队识别出自旋浴导致的退相干被强烈抑制的参数区间。该研究结果表明,在稀释掺杂浓度(约10 ppb量级)和亚开尔文温度下,即使在天然同位素丰度条件下,在钟跃迁附近操作也能使Hahn回波相干时间接近秒量级。重要的是,从实用角度来看,在类似浓度下,即使在液氦温度(约2 K)下,相干时间也可达到约10毫秒量级。此外,该团队证明,通过传统的多π脉冲动态去耦协议可以获得进一步的增强效果。因此,该研究结果确立了掺铒氧化铈(Er³⁺:CeO₂)在实现自旋量子比特、量子存储器以及集成量子网络方面的领先地位。
量科快讯
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