氧化锌中的深能级自旋缺陷用于高保真单次读出
材料科学
2026-05-20 v4
摘要
宽带隙氧化物（如 ZnO）因其稀薄的核自旋背景和超高纯度的潜力，是自旋缺陷量子比特的理想宿主。然而，该材料中尚未发现具有稳健光学和自旋特性的深能级缺陷量子比特。本文利用第一性原理计算，预测钼-空位复合体 Mo_Zn-V_O 展现出光学可寻址自旋量子比特的基本特征：自旋三重态基态、具有高量子产率的可见光波段光学跃迁，以及异常小的黄昆因子（~5，而已知 ZnO 缺陷中为 10-30）。我们进一步发现，在同时考虑核自旋浴和杂质自旋浴时，该缺陷具有长的自旋相干时间（T_2 ~ 4 ms），其中顺磁杂质设定了 0.035 ppm 的阈值浓度。重要的是，强自旋-轨道耦合与无 Jahn-Teller 畸变的结合，支持在高温和宽磁场范围内实现自旋选择性系间窜越和高保真单次读出。通过将 ZnO 确定为深能级缺陷量子比特的宿主，我们的工作为可扩展、可集成的氧化物基量子技术指明了一条道路，并拓宽了固态量子信息科学的材料基础。
引用
@article{arxiv.2502.00551,
title = {Deep Spin Defects in Zinc Oxide for High-Fidelity Single-Shot Readout},
author = {Shimin Zhang and Taejoon Park and Erik Perez and Kejun Li and Xingyi Wang and Masoud Mansouri and Yanyong Wang and Jorge D Vega Bazantes and Ruiqi Zhang and Jianwei Sun and Kai-Mei C. Fu and Hosung Seo and Yuan Ping},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.00551},
year = {2026}
}
备注
7 figures