基于扫描隧道显微镜的电子自旋共振：面向相同量子比特的表面量子平台工具
介观与纳米尺度物理
2025-09-03 v1 量子物理
摘要
将电子自旋共振（electron spin resonance, ESR）集成到扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope, STM）中，使得能够以原子尺度精度和热力学限制之外的能量分辨率，对固体表面的原子和分子自旋进行全电控制。进一步地，针对ESR-STM中对单个自旋的相干操控与检测，建立了强大的量子平台，允许在表面相同量子比特上实现基本的量子逻辑运算。在本综述中，我们介绍了ESR-STM的最新进展，重点关注其对原子尺度量子比特及其向分子量子比特系统的扩展。我们讨论了ESR-STM的原理，随后介绍了单自旋可寻址性、通过拉比振荡实现的相干控制以及通过频率分辨检测的量子态读出。我们进一步演示了通过原子操作和局部磁场工程实现的多量子比特控制架构，最终实现了受控非门（Controlled-NOT）和Toffoli门等多量子比特逻辑门的实现。这些实现突显了ESR-STM在原子尺度量子电路方面的独特优势。事实上，ESR-STM是实现和评估分子量子比特中量子操作的优异工具。本综述收录的研究结果表明，ESR-STM是推进固体环境下原子和分子层次量子相干科学的多功能工具。
引用
@article{arxiv.2505.10079,
title = {Electron spin resonance with scanning tunneling microscopy: a tool for an on-surface quantum platform of identical qubits},
author = {Deung-Jang Choi and Soo-hyon Phark and Andreas J. Heinrich and Nicolás Lorente},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.10079},
year = {2025}
}