优化浸耦式超导共振器中的磁耦合以适用于分子自旋量子比特

我们设计了最大化与分子自旋量子比特磁耦合的浸耦式超导共振器，实现了最高达100 kHz的单自旋耦合和超过10 MHz的集体耦合。该共振器与PTMR有机自由根发生物反应，模型自旋系统具有S=1/2和准各向同性g≃2，分散于聚合物基质中。采用具有大电感的共振器可获得最高的集体自旋-光子耦合强度，从而与分子ensemble中的大多数自旋发生耦合。相比之下，单个自旋G1的耦合在采用单个导线制造的最小尺寸电感的共振器中被最大化。该平台也用于研究在非色散 regime下（即当自旋能量上调离共振器时）的自旋松弛和自旋相干动力学。我们发现存在Purcey效应，即光子诱导的自旋松弛，这些自旋与电路耦合最强。该过程的速率可用于获取特定器件中单个自旋光子耦合分布。对于在电感中心设置50 nm窄狭縫的共振器，单个最大G1值可达约100 kHz。通过独立传输线施加强脉冲可诱导出相干拉比振荡。自旋激发随后通过由主脉冲频率引起的直接共振过程，或在方形脉冲情况下，通过激发腔体的侧带频率分量来实现。后者过程测量腔体模式与自旋的混合作用，可通过采用高斯脉冲形状来消除。这些结果为集成分子自旋量子处理器的可扩展路径奠定了基础。