超越 Purcell 效应：利用自旋噪声超表面调控纯量子退相干
量子物理
2026-05-20 v1 应用物理
光学
摘要
量子光子学的一个中心主题是调控原子/自旋与其电磁（EM）环境之间的相互作用。大量努力集中在通过塑造 EM 环境来工程化自发辐射，即所谓的 Purcell 效应。然而，对纯退相干的光子环境控制——这是原子/自旋与 EM 环境非幺正耦合的互补范式——在很大程度上仍未被探索。在此，我们引入了一种纳米光子学方法来修改量子比特的纯退相干动力学。与在量子比特共振频率（通常是光学/近红外）处定制光子环境的 Purcell 工程不同，我们开发了超亚波长自旋噪声超表面，用于对与原子/自旋远失谐的低频（例如，MHz）光子环境进行高效的宽带控制，以实现退相干工程。我们使用光刻定义的 CoFeB 超表面和金刚石中的浅层氮空位（NV）中心实验证明了我们的方法。我们观察到的是修改后的 NV 纯退相干动力学，而不是修改后的自发辐射。我们进一步通过使用动力学去耦频谱分解技术测量 NV 系综退相干噪声谱，将超表面控制的退相干与其他退相干机制（例如，自旋浴）隔离开来。我们的结果确立了利用纳米光子结构工程化量子光-物质相互作用的新前沿。
引用
@article{arxiv.2605.20180,
title = {Beyond the Purcell Effect: Controlling Pure Quantum Dephasing with Spin Noise Metasurfaces},
author = {Wenbo Sun and Shoaib Mahmud and Wei Zhang and Runwei Zhou and Pronoy Das and Dan Jiao and Zubin Jacob},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.20180},
year = {2026}
}