具有非均匀磁场的基于反铁磁体的可扩展量子寄存器核自旋模型

作为可扩展量子寄存器的核自旋模型，考虑了在无核自旋的易轴三维反铁磁体板中，用核自旋为1/2的磁性原子替代基本原子构成的一维链。在自旋波近似（低温）下，考虑非均匀外磁场，构建了广义反铁磁哈密顿量，该磁场方向沿易轴垂直于板平面，并沿核自旋链具有恒定梯度。假设梯度较弱，求得了反铁磁哈密顿量对角形式的幺正变换系数的渐近表达式。利用这一结果，评估了间接自旋间耦合的表达式，该耦合源于原子中的超精细核电子耦合以及反铁磁体基态中的虚自旋波传播。结果表明，非均匀磁场从根本上改变了间接自旋间耦合的特性。当两个所考虑的核自旋中点处的局部场值接近体块反铁磁体中自旋翻转型量子相变的临界场或接近反铁磁共振时，间接相互作用随自旋间距离显著增长甚至发生振荡。因此，外磁场及其梯度、微波频率和功率可以作为量子比特状态的控制参数。最后，计算了由核自旋与反铁磁体基态中的虚自旋波相互作用引起的单量子比特和双量子比特态的退相干和纵向弛豫率。